國外厭氧處理城鎮生活污水技術的應用現狀和發展趨勢胡啟春（農業部沼氣科學研究所610041）摘要：本文根據第八屆日本仙臺國際厭氧消化討論會論文集，綜述了國外厭氧處理生活污水技術的應用現狀，并分析和討論了相關的技術問題。

厭氧消化生活污水后處理第八屆國際厭氧消化討論會于1997年5月在日本仙臺市舉行。會上，尤為引人注目的一項內容就是，近年來在厭氧生物處理城鎮生活污水應用領域已經取得了明顯的進展。著名厭氧消化專家G.Letinga教授斷言：厭氧生物處理技術如果有合適的后處理方法相配合，可以成為分散型生活污水處理模式的核心手段。這一模式，較之于傳統的集中處理方法更具有可持續性和生命力，并正在逐步為世界各國所認同。

本文主要參考這次日本討論會有關文獻，分析和綜述了這一技術領域在國際上的應用現狀和發展趨勢。1部分國家應用現狀德國gtz組織的一份全球調查報告中認為，雖然荷蘭、比利時等國早已將厭氧消化技術應用于工業廢水處理之中，但至今在本國內無一應用規模的厭氧處理生活廢水裝置，其原因主要是由于氣候不適宜。在北美洲，美國的應用規模厭氧裝置約有80座，加拿大約有25座，幾乎都是用于工業廢水處理。本文將選擇一些在厭氧生活污水處理領域有特色的國家給予重點介紹。

1. 1　印度
近年來, 印度在應用厭氧消化技術處理城鎮生活污水方面, 取得了一定的進展。1989年根據印度與荷蘭的一項合作計劃在印度kanpar 建成了第一套應用規模的厭氧處理城鎮生活廢水的UASB 系統。這套系統日處理5000m3 生活污水。雖然裝置已運行數年,但出水水質仍不理想, 不能達到當地環保要求( BOD: 30mg/ L, TSS: 50mg / L)
根據印荷合作計劃, 之后又分別建成了生活污水日處理量分別為: 14000m3 裝置( 印度Mir zapur 地區, 其中有1/ 4 來自制革廢水) ,36000m3 裝置( 印度Kanpar 地區) , 和50000m3 裝置( 印度Hy derabad 地區) 。這些裝置的運行情況,有機物去除率都顯然不高。裝置中也幾乎都沒有形成所希望的顆粒污泥。

1. 2　巴西、墨西哥、哥倫比亞
近年來, 巴西、墨西哥和哥倫比亞等南美洲國家在應用厭氧技術處理生活污水方面發展最為迅速, 并已有了突破性進展。這些南美洲國家炎熱的氣候環境可能是一個重要原因。這三個國家在技術上的起步幾乎都是從與荷蘭等歐州國家合作開始的。在巴西, 應用厭氧濾池處理居民小區生活污水已有多年時間, 這類厭氧裝置是在傳統化糞池的基礎上開發的。但是近10 年來,在已建成的大、中型厭氧裝置中, 都是采用的UASB 工藝。第一套120m3UASB 裝置建成于1986 年, 整個系統還包括格柵、泵站、沉砂池等設施。可日處理3600 人的生活污水。到1993 年, 根據德國GT Z 的統計, 已建成14套大、中型厭氧處理城市生活污水系統。delemos Chernicharo, C. A . 等人在日本第八屆厭氧消化討論會上介紹了一套用于處理7000 人生活污水的UASB 加氧化塘系統的啟動和運行情況, U ASB 裝置容積是477m3 ,厭氧部分COD 去除率為68% 。墨西哥從1987 年建成第一套厭氧裝置起, 到1996 年一共建成了75 項沼氣工程, 其中, 用于處理城市生活污水的裝置有34 項。于1994 年投入運行的總容積為83700m3 的厭氧生物處理生活污水工程, 是目前世界上最大的同類項目。該工程中, 包括5 個U ASB反應器, 每個容積為16740m3 , 整個工程日處理生活污水105000m3。目前這套工程系統運行狀況良好, 并計劃在1997 年將總池容擴大到133920m3。目前, 厭氧消化處理量占墨西哥生活污水處理總量的2. 97% , 這一比例現在也是世界第一。同樣是與荷蘭合作, 于80 年代中期, 在哥倫比亞建成了第一套應用規模的U ASB裝置, 容積為64m3。此后在1989 年又建成了日處理16000 人生活污水的厭氧處理系統。其中包括兩口容積同為3300m3 的UASB 裝置, 和作為后處理手段的兼性氧化塘。90 年代哥倫比亞著重研制本國設計的組合型推流式厭氧反應器( RA P 反應器) , 經過小試、中試, 于1992 年建成了裝置容積為394m3 , 日處理5000 人當量城市污水( 包括一半奶酪工業廢水) , 滯留時間10 小時, 平均裝置溫度15℃, 目前, 厭氧部分COD 去除率為75%。于1997 年, 另一套日處理16000 人生活污水的RAP 裝置將在哥倫比亞投入使用。

1. 3　日本、韓國
兩國應用厭氧消化技術處理剩余污泥、人糞尿和工業高濃度有機廢水已有幾十年歷史。日本在60 年代使用厭氧消化方法集中處理人糞尿曾達到占處理總量的90%; 在1991年, 仍占到26% 。韓國在1969～1975 年期間共發展了近3 萬口農村家用沼氣池( 方形5. 8m3 ) 。1976 年以后發展了一批150m3 左右的村級規模的處理農牧業廢棄物的沼氣裝置。Mikami, E. 等人報道, 在日本, 城鎮生活污水采用厭氧消化集中處理起始于1989年。在1993 年, 有7 套厭氧消化加好氧活性污泥法聯合處理生活污水的裝置和9 套小規模的厭氧濾池加好氧濾池組合系統在運行。此外, 在分散處理生活污水方面, 日本成功地研制和發展了一種稱為“JOHKASO”的小型家用生活污水凈化器。到1994 年, 已有7. 7百萬個這樣的裝置投入使用。“JOHKASO”廢水凈化器分為幾種類型。專門處理人糞尿的, 稱為N 型JOHKASO, 該類型使用量最多, 處理方法主要是采用好氧曝氣法。兼有同時處理生活污水和人糞尿的, 稱為D 型JOHKASO, D 型采用厭氧濾池和接觸氧化法聯合處理。最近日本又在研制和開發高級型的JOHKASO, 其出水指標除了BOD 等常規的指標之外, 還包括磷和氮去除指標。韓國約有29 處糞便集中處理裝置采用厭氧消化作為第一級處理, 裝置消化溫度除了有兩個高溫, 和三個常溫之外, 其余都是中溫。有機負荷約為0. 7kg / ( m3 . d) , BOD 去除__率為70% , 再經過二沉池沉淀可達到80% 去除。產氣率為1. 0m3/ kgBOD 去除。

2　有關技術問題

2. 1　厭氧工藝選擇

2. 1. 1　UASB 工藝
此工藝是目前世界上城市生活污水厭氧處理應用最多的工藝, 由荷蘭G. Let t ing a 等人于1979 年開始研制。在80 年代初期完成了中試規模試驗研究, 并取得了良好的結果。從80 年代中期起, 荷蘭公司選擇在熱帶地區和亞熱帶地區( 如印度、巴西、墨西哥、哥倫比亞等國) 進行了推廣應用。裝置規模從初期的100m3 左右, 逐步發展到數千立方米, 甚至更大。經過10 年的生產應用, 這些國家對UASB 工藝的啟動和運行特點已基本掌握,并有自己的改進。Vino d T are 等人比較和總結了印度目前正在運行的幾套U ASB 裝置的運行效果( 見表1) 他們認為其中部分裝置有機物去除率較低, 與運行中有機物負荷低和泵進料時上流速度過高( > 1. 0m/ h) 有關。此外, 水中硫化物濃度過高( 由于制革廢水進入) 也會影響運行效果。這些裝置在啟動時未接種厭氧污泥, 而采用自然啟動也是原因之一。de Lemos Cherni Charo , C. A. 　A 等人( 巴西) 認為UASB 裝置啟動所涉及的參數有: ?? 污水的水量和濃度; ?? 接種污泥; ??進料方式和提升水力負荷的步驟; ??取樣。關于接種污泥, 他們認為, 在三種情況下裝置都可以啟動, 即: ?? 用馴化過的厭氧消化污泥;?? 用未經馴化的普通污泥; ?? 不使用接種污泥。而在第三種情況時, 啟動時間約需半年。他們評價了一套477m3UA SB 裝置的啟動和運行情況。這套裝置啟動時所使用的污泥量占裝置總容積的30%, 污泥比重為1020kg /m3。談到這套裝置的運行效果不理想時, 他們認為與該裝置的三相分離器集氣間孔隙過小有關, 從而造成過隙上流速度過高( 5. 4～13. 0m/ h) , 而正常的過隙上流速度應低于4m/ h, 由此, 必然造成污泥溢出。一般而言,在U ASB 設計中, 沉淀區的表面負荷應保持在0. 7m3/ ( m2•h) 以下, 沉淀區斜壁角度應在50°～60°。對于不同水質, 上述幾項參數應有所調整。

2. 1. 2　組合型工藝
將不同的幾種厭氧消化工藝的特點揉合在一套裝置中, 就稱為組合型工藝。比如國內外常見的上流式污泥床—濾器厭氧反應器( U BF) 就是這種類型的代表。RAP 工藝, 也稱組合型推流式厭氧反應器工藝。從1985 年起哥倫比亞Andes 大學就致力于開發RAP 工藝。經過小試、中試,于1991 年建成了第一套裝置容積為394m3的RA P 反應器。該反應器結構簡圖見下圖。反應器由8 個折板分隔, 內設塑料填料, 出水間有三相分離裝置。反應器頂部無蓋, 暴露于空氣中,
實驗室中, 曾對RAP 反應器是否暴露于空氣中作了對比試驗。結果是, 暴露的裝置比對照對COD 的去除還好一點, 而且造價也相應低一些。因此, 在生產應用時, 選擇了反應器不加蓋。對于RAP 反應器的啟動和操作運行,參照了當地對U ASB 反應器管理的經驗。經過幾個月正常運行后的RAP 反應器中, 也形成有顆粒污泥, 此時COD 去除率為75% ,滯留時間為12 小時。Orozco, A. 認為在哥倫比亞推廣應用RAP 工藝很有前景。從工程投資上講, RAP反應器較U ASB 反應器便宜約20% , 與使用好氧活性污泥法的市政廢水處理設施比較,( 建于當地另一個小鎮) , 則RAP 反應器的造價僅為前者的1/ 5。

2. 1. 3　AF 工藝
也稱厭氧生物濾池。該工藝是世界上最早使用的生活污水生物處理裝置之一, 已有百年歷史。60 年代, 美國Yo ung 和McCarty為這一工藝奠定了理論基礎。AF 工藝的特點是在裝置內部填充有供微生物附著的填料。評價填料優劣的指標包括比表面積和空隙度等。早期的填料是石塊, 今天填料種類繁多, 有軟、硬之分。目前, 這種工藝常見于家用、小型厭氧生活污水凈化裝置中。日本JOHKASO 污水凈化器中的厭氧段就是采用的厭氧濾池。墨西哥在1994 年建造了兩套用于處理生活廢水的AF 裝置。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

2. 2　后處理技術
印度和南美國家在積極推廣應用厭氧生活廢水處理技術的同時, 普遍意識到由于厭氧處理后的出水仍不能滿足直接排放的要求, 即BOD 和T SS 值仍然偏高, 氮和磷基本上沒有去除, 而衛生問題依然存在, 因此對厭氧出水進一步處理很有必要。日本H. Harada等人也認為缺乏合適的后處理技術, 是導致厭氧生物處理技術在生活污水處理領域應用緩慢的主要原因之一。在印度, 氧化塘是最常用的后處理方法。在kahpar 工程中( 見表1) , 對于處理厭氧出水所設計的氧化塘水力滯留時間為1 天, 由此, 總大腸桿菌數和糞大腸桿菌數降低到104 以下, 而線蟲的去除率在22%～61%。從衛生學上考慮, 要盡量避免以低污染的水稀釋高污染的人糞尿。在Mirzr pur 工程中( 見表1) , 也是采用了氧化塘后處理技術, 經厭氧、氧化塘兩級處理后的出水BOD、COD 和T SS 去除率分別為87%、81% 和90% 。在巴西No va Vista 市的7000 人生活污水處理工程中, 后處理是采用的兼性氧化塘。在哥倫比亞Bucarmang a 鎮的160 000 人生活污水處理工程中, 后處理也是采用的兼性氧化塘技術。該兼性塘占地2. 7 公頃, 塘深1. 5 米, 水力滯留時間為30 小時。經兩級處理后的BOD 總去除率為85%。在墨西哥的厭氧生活污水處理工程中,后處理方法比較多樣化, 見表3, 最后直接排入城市污水管網或用于農灌。G. Let t ing a 等人認為, 厭氧和好氧生物處理技術的組合將能夠處理絕大多數所涉及的有機和無機污染物。在這一組合系統中, 由厭氧消化過程所生成的硫化物在好氧生物處理階段將轉換成可沉淀的粒狀單質硫, 硫化物的去除率將達到90%。這一方法對去除重金屬也同樣有效, 終產物將以硫化物的形式沉淀下來。而對于氨氮和磷酸鹽的去除和回收, 厭氧生物處理系統最好與物化處理技術結合, 比如采用堿化吹脫法以有效去除氨氮,需要高pH 環境, 通常采用加石灰的方法, 同時也因為形成了CaHPO4 而去除掉了磷酸鹽。日本的小型分散處理生活污水裝置JOHKASO 系統中, 既考慮了BOD 的去除。(農業部沼氣科學研究所)