国外厌氧处理城镇生活污水技术应用和发展

Posted 2023-01-13 生活污水

篇首语：熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了国外厌氧处理城镇生活污水技术应用和发展相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

摘要:本文根据第八届日本仙台国际厌氧消化讨论会论文集，综述了国外厌氧处理生活污水技术的应用现状，并分析和讨论了相关的技术问题。

关键词:厌氧消化,生活污水,后处理

国外厌氧处理城镇生活污水技术的应用现状和发展趋势胡启春（农业部沼气科学研究所610041）摘要：本文根据第八届日本仙台国际厌氧消化讨论会论文集，综述了国外厌氧处理生活污水技术的应用现状，并分析和讨论了相关的技术问题。

厌氧消化生活污水后处理第八届国际厌氧消化讨论会于1997年5月在日本仙台市举行。会上，尤为引人注目的一项内容就是，近年来在厌氧生物处理城镇生活污水应用领域已经取得了明显的进展。著名厌氧消化专家G.Letinga教授断言：厌氧生物处理技术如果有合适的后处理方法相配合，可以成为分散型生活污水处理模式的核心手段。这一模式，较之于传统的集中处理方法更具有可持续性和生命力，并正在逐步为世界各国所认同。

本文主要参考这次日本讨论会有关文献，分析和综述了这一技术领域在国际上的应用现状和发展趋势。1部分国家应用现状德国gtz组织的一份全球调查报告中认为，虽然荷兰、比利时等国早已将厌氧消化技术应用于工业废水处理之中，但至今在本国内无一应用规模的厌氧处理生活废水装置，其原因主要是由于气候不适宜。在北美洲，美国的应用规模厌氧装置约有80座，加拿大约有25座，几乎都是用于工业废水处理。本文将选择一些在厌氧生活污水处理领域有特色的国家给予重点介绍。

1. 1　印度
近年来, 印度在应用厌氧消化技术处理城镇生活污水方面, 取得了一定的进展。1989年根据印度与荷兰的一项合作计划在印度kanpar 建成了第一套应用规模的厌氧处理城镇生活废水的UASB 系统。这套系统日处理5000m3 生活污水。虽然装置已运行数年,但出水水质仍不理想, 不能达到当地环保要求( BOD: 30mg/ L, TSS: 50mg / L) , 见表1。

根据印荷合作计划, 之后又分别建成了生活污水日处理量分别为: 14000m3 装置( 印度Mir zapur 地区, 其中有1/ 4 来自制革废水) ,36000m3 装置( 印度Kanpar 地区) , 和50000m3 装置( 印度Hy derabad 地区) 。从表1 可以看出, 这些装置的运行情况,有机物去除率都显然不高。装置中也几乎都没有形成所希望的颗粒污泥。

1. 2　巴西、墨西哥、哥伦比亚
近年来, 巴西、墨西哥和哥伦比亚等南美洲国家在应用厌氧技术处理生活污水方面发展最为迅速, 并已有了突破性进展。这些南美洲国家炎热的气候环境可能是一个重要原因。这三个国家在技术上的起步几乎都是从与荷兰等欧州国家合作开始的。在巴西, 应用厌氧滤池处理居民小区生活污水已有多年时间, 这类厌氧装置是在传统化粪池的基础上开发的。但是近10 年来,在已建成的大、中型厌氧装置中, 都是采用的UASB 工艺。第一套120m3UASB 装置建成于1986 年, 整个系统还包括格栅、泵站、沉砂池等设施。可日处理3600 人的生活污水。到1993 年, 根据德国GT Z 的统计, 已建成14套大、中型厌氧处理城市生活污水系统。delemos Chernicharo, C. A . 等人在日本第八届厌氧消化讨论会上介绍了一套用于处理7000 人生活污水的UASB 加氧化塘系统的启动和运行情况, U ASB 装置容积是477m3 ,厌氧部分COD 去除率为68% 。墨西哥从1987 年建成第一套厌氧装置起, 到1996 年一共建成了75 项沼气工程, 其中, 用于处理城市生活污水的装置有34 项。于1994 年投入运行的总容积为83700m3 的厌氧生物处理生活污水工程, 是目前世界上最大的同类项目。该工程中, 包括5 个U ASB反应器, 每个容积为16740m3 , 整个工程日处理生活污水105000m3。目前这套工程系统运行状况良好, 并计划在1997 年将总池容扩大到133920m3。目前, 厌氧消化处理量占墨西哥生活污水处理总量的2. 97% , 这一比例现在也是世界第一。同样是与荷兰合作, 于80 年代中期, 在哥伦比亚建成了第一套应用规模的U ASB装置, 容积为64m3。此后在1989 年又建成了日处理16000 人生活污水的厌氧处理系统。其中包括两口容积同为3300m3 的UASB 装置, 和作为后处理手段的兼性氧化塘。90 年代哥伦比亚着重研制本国设计的组合型推流式厌氧反应器( RA P 反应器) , 经过小试、中试, 于1992 年建成了装置容积为394m3 , 日处理5000 人当量城市污水( 包括一半奶酪工业废水) , 滞留时间10 小时, 平均装置温度15℃, 目前, 厌氧部分COD 去除率为75%。于1997 年, 另一套日处理16000 人生活污水的RAP 装置将在哥伦比亚投入使用。

1. 3　日本、韩国
两国应用厌氧消化技术处理剩余污泥、人粪尿和工业高浓度有机废水已有几十年历史。日本在60 年代使用厌氧消化方法集中处理人粪尿曾达到占处理总量的90%; 在1991年, 仍占到26% 。韩国在1969～1975 年期间共发展了近3 万口农村家用沼气池( 方形5. 8m3 ) 。1976 年以后发展了一批150m3 左右的村级规模的处理农牧业废弃物的沼气装置。Mikami, E. 等人报道, 在日本, 城镇生活污水采用厌氧消化集中处理起始于1989年。在1993 年, 有7 套厌氧消化加好氧活性污泥法联合处理生活污水的装置和9 套小规模的厌氧滤池加好氧滤池组合系统在运行。此外, 在分散处理生活污水方面, 日本成功地研制和发展了一种称为“JOHKASO”的小型家用生活污水净化器。到1994 年, 已有7. 7百万个这样的装置投入使用。“JOHKASO”废水净化器分为几种类型。专门处理人粪尿的, 称为N 型JOHKASO, 该类型使用量最多, 处理方法主要是采用好氧曝气法。兼有同时处理生活污水和人粪尿的, 称为D 型JOHKASO, D 型采用厌氧滤池和接触氧化法联合处理。最近日本又在研制和开发高级型的JOHKASO, 其出水指标除了BOD 等常规的指标之外, 还包括磷和氮去除指标。韩国约有29 处粪便集中处理装置采用厌氧消化作为第一级处理, 装置消化温度除了有两个高温, 和三个常温之外, 其余都是中温。有机负荷约为0. 7kg / ( m3 . d) , BOD 去除__率为70% , 再经过二沉池沉淀可达到80% 去除。产气率为1. 0m3/ kgBOD 去除。

2　有关技术问题

2. 1　厌氧工艺选择

2. 1. 1　UASB 工艺
此工艺是目前世界上城市生活污水厌氧处理应用最多的工艺, 由荷兰G. Let t ing a 等人于1979 年开始研制。在80 年代初期完成了中试规模试验研究, 并取得了良好的结果。从80 年代中期起, 荷兰公司选择在热带地区和亚热带地区( 如印度、巴西、墨西哥、哥伦比亚等国) 进行了推广应用。装置规模从初期的100m3 左右, 逐步发展到数千立方米, 甚至更大。经过10 年的生产应用, 这些国家对UASB 工艺的启动和运行特点已基本掌握,并有自己的改进。Vino d T are 等人比较和总结了印度目前正在运行的几套U ASB 装置的运行效果( 见表1) 他们认为其中部分装置有机物去除率较低, 与运行中有机物负荷低和泵进料时上流速度过高( > 1. 0m/ h) 有关。此外, 水中硫化物浓度过高( 由于制革废水进入) 也会影响运行效果。这些装置在启动时未接种厌氧污泥, 而采用自然启动也是原因之一。de Lemos Cherni Charo , C. A. 　A 等人( 巴西) 认为UASB 装置启动所涉及的参数有: 􀀁 污水的水量和浓度; 􀀁 接种污泥; 􀀁进料方式和提升水力负荷的步骤; 􀀁取样。关于接种污泥, 他们认为, 在三种情况下装置都可以启动, 即: 􀀁 用驯化过的厌氧消化污泥;􀀁 用未经驯化的普通污泥; 􀀁 不使用接种污泥。而在第三种情况时, 启动时间约需半年。他们评价了一套477m3UA SB 装置的启动和运行情况。这套装置启动时所使用的污泥量占装置总容积的30%, 污泥比重为1020kg /m3。谈到这套装置的运行效果不理想时, 他们认为与该装置的三相分离器集气间孔隙过小有关, 从而造成过隙上流速度过高( 5. 4～13. 0m/ h) , 而正常的过隙上流速度应低于4m/ h, 由此, 必然造成污泥溢出。一般而言,在U ASB 设计中, 沉淀区的表面负荷应保持在0. 7m3/ ( m2•h) 以下, 沉淀区斜壁角度应在50°～60°。对于不同水质, 上述几项参数应有所调整。

2. 1. 2　组合型工艺
将不同的几种厌氧消化工艺的特点揉合在一套装置中, 就称为组合型工艺。比如国内外常见的上流式污泥床—滤器厌氧反应器( U BF) 就是这种类型的代表。RAP 工艺, 也称组合型推流式厌氧反应器工艺。从1985 年起哥伦比亚Andes 大学就致力于开发RAP 工艺。经过小试、中试,于1991 年建成了第一套装置容积为394m3的RA P 反应器。该反应器结构简图见下图。反应器由8 个折板分隔, 内设塑料填料, 出水间有三相分离装置。反应器顶部无盖, 暴露于空气中, 设计数据见表2。

实验室中, 曾对RAP 反应器是否暴露于空气中作了对比试验。结果是, 暴露的装置比对照对COD 的去除还好一点, 而且造价也相应低一些。因此, 在生产应用时, 选择了反应器不加盖。对于RAP 反应器的启动和操作运行,参照了当地对U ASB 反应器管理的经验。经过几个月正常运行后的RAP 反应器中, 也形成有颗粒污泥, 此时COD 去除率为75% ,滞留时间为12 小时。Orozco, A. 认为在哥伦比亚推广应用RAP 工艺很有前景。从工程投资上讲, RAP反应器较U ASB 反应器便宜约20% , 与使用好氧活性污泥法的市政废水处理设施比较,( 建于当地另一个小镇) , 则RAP 反应器的造价仅为前者的1/ 5。

2. 1. 3　AF 工艺
也称厌氧生物滤池。该工艺是世界上最早使用的生活污水生物处理装置之一, 已有百年历史。60 年代, 美国Yo ung 和McCarty为这一工艺奠定了理论基础。AF 工艺的特点是在装置内部填充有供微生物附着的填料。评价填料优劣的指标包括比表面积和空隙度等。早期的填料是石块, 今天填料种类繁多, 有软、硬之分。目前, 这种工艺常见于家用、小型厌氧生活污水净化装置中。日本JOHKASO 污水净化器中的厌氧段就是采用的厌氧滤池。墨西哥在1994 年建造了两套用于处理生活废水的AF 装置。。

2. 2　后处理技术
印度和南美国家在积极推广应用厌氧生活废水处理技术的同时, 普遍意识到由于厌氧处理后的出水仍不能满足直接排放的要求, 即BOD 和T SS 值仍然偏高, 氮和磷基本上没有去除, 而卫生问题依然存在, 因此对厌氧出水进一步处理很有必要。日本H. Harada等人也认为缺乏合适的后处理技术, 是导致厌氧生物处理技术在生活污水处理领域应用缓慢的主要原因之一。在印度, 氧化塘是最常用的后处理方法。在kahpar 工程中( 见表1) , 对于处理厌氧出水所设计的氧化塘水力滞留时间为1 天, 由此, 总大肠杆菌数和粪大肠杆菌数降低到104 以下, 而线虫的去除率在22%～61%。从卫生学上考虑, 要尽量避免以低污染的水稀释高污染的人粪尿。在Mirzr pur 工程中( 见表1) , 也是采用了氧化塘后处理技术, 经厌氧、氧化塘两级处理后的出水BOD、COD 和T SS 去除率分别为87%、81% 和90% 。在巴西No va Vista 市的7000 人生活污水处理工程中, 后处理是采用的兼性氧化塘。在哥伦比亚Bucarmang a 镇的160 000 人生活污水处理工程中, 后处理也是采用的兼性氧化塘技术。该兼性塘占地2. 7 公顷, 塘深1. 5 米, 水力滞留时间为30 小时。经两级处理后的BOD 总去除率为85%。在墨西哥的厌氧生活污水处理工程中,后处理方法比较多样化, 见表3, 最后直接排入城市污水管网或用于农灌。G. Let t ing a 等人认为, 厌氧和好氧生物处理技术的组合将能够处理绝大多数所涉及的有机和无机污染物。在这一组合系统中, 由厌氧消化过程所生成的硫化物在好氧生物处理阶段将转换成可沉淀的粒状单质硫, 硫化物的去除率将达到90%。这一方法对去除重金属也同样有效, 终产物将以硫化物的形式沉淀下来。而对于氨氮和磷酸盐的去除和回收, 厌氧生物处理系统最好与物化处理技术结合, 比如采用碱化吹脱法以有效去除氨氮,需要高pH 环境, 通常采用加石灰的方法, 同时也因为形成了CaHPO4 而去除掉了磷酸盐。日本的小型分散处理生活污水装置JOHKASO 系统中, 既考虑了BOD 的去除。(农业部沼气科学研究所)

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