對(duì)沼氣凈化池的研究與應(yīng)用

1、對(duì)沼氣凈化池的研究與應(yīng)用王永智 王虎四川省綿竹市農(nóng)村能源局歐陽運(yùn)春四川省綿竹市環(huán)境保護(hù)局沼氣凈化池是一種分散處理城鎮(zhèn)糞便污水裝置，它集無害化、穩(wěn)定化、減量化、凈源化和防富營養(yǎng)化為一體。是參照沼氣工程、排水工程和衛(wèi)生學(xué)來設(shè)計(jì)的，既是一個(gè)沼氣凈化池又是一個(gè)小型二級(jí)處理裝置。綿竹市農(nóng)村能源局從1986年研究應(yīng)用凈化沼氣技術(shù)對(duì)城鎮(zhèn)糞便污水進(jìn)行處理，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)出口水質(zhì)測定寄生蟲卵去除率達(dá)99.9%，糞大腸菌達(dá)標(biāo)率為77%，有機(jī)物CODcr、BODs、SS、TS、色度去除率為95.6%、98.3%、98.2%、93.9%和93.6%，分別達(dá)到GB7959-87糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和GB8978-88綜

2、合污水排放標(biāo)準(zhǔn)中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。1988年凈化沼氣技術(shù)已在城鎮(zhèn)的公廁、住宅、辦公房、賓館、旅游區(qū)中全面推廣應(yīng)用，到2000年全市城鎮(zhèn)、旅游區(qū)、醫(yī)院已建凈化沼氣池850處，日處理生活污水45萬噸，普及率達(dá)到92%。一、 沼氣凈化池的工藝特征沼氣凈化池分前處理池和后處理池。前處理池分一級(jí)和二級(jí)池，一級(jí)池和二級(jí)池都是厭氧發(fā)酵池，只是在二級(jí)池中要有PVC塑料管固定在池內(nèi)，按間距200安裝軟填料。后處理池是過濾池。一級(jí)池、二級(jí)池和過濾池的池容比例為4：3：3，設(shè)計(jì)池容參數(shù)按人平0.5-0.7立方米考慮。由于糞便污水和生活中產(chǎn)生的洗滌污水，有機(jī)物濃度不大，各種病菌、寄生蟲卵相對(duì)較少，只要按照滯留時(shí)間和清掏時(shí)限決

3、定設(shè)計(jì)池容大小，就可以將有機(jī)物徹底分解，把各種病菌、蟲卵徹底殺滅。二、 工藝流程城市生活糞便污水沼氣凈化池處理工藝：1381室內(nèi)污水管網(wǎng)為分流制。即沖洗廁所污水管道和其他生活污水管道分系統(tǒng)安裝流程。糞便污水排出或接好氧處理2特點(diǎn)。糞便滯留期長，經(jīng)處理后的生活污水的各種指標(biāo)完全能達(dá)到衛(wèi)生、環(huán)保要求并能回收沼氣作為生活用能。三、 工作原理廢水厭氧處理技術(shù)是在缺氧條件下，利用厭氧微生物（包括兼氧微生物）分解有機(jī)物的方法，也稱厭氧消化或厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣，因?yàn)樗瓤上h(huán)境污染，又可開發(fā)生物能源，所以應(yīng)用最為廣泛。沼氣發(fā)酵過程是一種非常復(fù)雜的過程，其中涉及多種交替作用的菌群，各類細(xì)菌要求不同的基質(zhì)與條

4、件，形成了極為復(fù)雜相互作用關(guān)系。長期以來，將沼氣發(fā)酵分作兩大階段，即復(fù)雜有機(jī)物分解為簡單有機(jī)物，因積累多種有機(jī)酸，使PH下降，故稱產(chǎn)酸階段，然后由簡單有機(jī)物發(fā)酵生成甲烷。隨著研究的深入，現(xiàn)較普遍接受沼氣發(fā)酵的三階段理論，明確認(rèn)識(shí)到微生物生成甲烷的底物只限于乙酸、甲酸、H2、CO2等幾種化合物，因而將厭氧發(fā)酵通常分為：液化階段、產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段三個(gè)過程。1. 液化階段復(fù)雜有機(jī)物。如纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等在水解細(xì)菌作用下降解至基本結(jié)構(gòu)單位，蛋白質(zhì)除解為多肽及氨基酸，脂肪降解為甘油和鏈脂肪酸，多糖降解為單糖或雙糖，這些水解細(xì)菌是一些廣泛存在于環(huán)境中的異氧微生物，它為兼性厭氧微生物及少數(shù)厭氧菌。2

5、. 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段主要是第一階段產(chǎn)生的或原已存在于物料中的簡單有機(jī)物經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)化成H2及CO2引起作用的菌統(tǒng)稱產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌，主要加芽胞桿菌屬、微球菌以及假單胞菌屬等。1393. 產(chǎn)甲烷階段在甲烷的作用下將乙酸（甲酸）H2、CO2轉(zhuǎn)化為甲烷。甲烷產(chǎn)生有兩種途徑，一是乙酸分子中的CH3直接產(chǎn)生CH4；另一途徑CO2 、H2經(jīng)過氧化還原作用生成CH4，在約70%的甲烷來源于乙酸，30%的甲烷來自CO2 、H2。甲烷菌是一類嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，具有相同的生理特征，其外形各不相同，常見的屬有：甲烷相菌屬、甲烷八疊球菌屬、甲烷球菌屬、甲烷弧菌屬等，甲烷菌對(duì)PH值的要求很嚴(yán)格，適應(yīng)范圍是6.87.8，最佳范

6、圍為6.87.2，產(chǎn)甲烷細(xì)菌對(duì)溫度的適應(yīng)性較差，在一定溫度下馴化的甲烷菌，當(dāng)溫度增減12 0C時(shí)，就可能使消化過程受到破壞、甲烷細(xì)菌的繁殖很快，繁殖一代只需要46天。甲烷發(fā)酵三階段示意圖由于可見，沼氣發(fā)酵是非甲烷和產(chǎn)甲烷菌聯(lián)合作用的結(jié)果，非甲烷菌與甲烷菌之間存在著間氫轉(zhuǎn)移，前者產(chǎn)生的H2可為后者利用，以還原C02成CH4。產(chǎn)酸菌對(duì)PH、溫度變化的耐受性比產(chǎn)甲烷菌強(qiáng)，生長繁殖速度也比后者快，繁殖速度的差異以及環(huán)境因子的敏感。因此產(chǎn)甲烷成了整個(gè)沼氣發(fā)酵的限速步驟。然而，對(duì)于難降解復(fù)雜有機(jī)物的厭氧消化，如纖維素降解，水解液化階段是限速步聚。既產(chǎn)甲烷階段是整個(gè)發(fā)酵過程的限速步驟，保持消化系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷細(xì)

7、菌生物量及其生物活性是廢水厭氧處理的關(guān)健，整個(gè)處理系統(tǒng)工藝的改進(jìn)幾乎都是圍繞這兩方面來進(jìn)行，采用的措施有：延長水的停留時(shí)間（普通厭氧消化），污泥回流（厭氧接觸法，升流式厭氧污泥床），如填料附著微生物（厭氧濾池），由于生活污水懸浮物質(zhì)比較多，溶解性CODcr濃度較低，所以生活污水處理一般采用普通消化池與厭氧濾池組合工藝。 4對(duì)人體內(nèi)排出的糞便中有各種致病菌、大腸桿菌、寄生蟲卵有害病毒，還有蒼蠅、140蚊子等利用厭氧處理對(duì)衛(wèi)生指標(biāo)都能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，再通過化學(xué)處理（消毒）來對(duì)各種細(xì)菌沉淀、分解、呑噬、殺死。四、 沼氣凈化池的特點(diǎn)1. 投資分散，不需財(cái)政負(fù)擔(dān)由于沼氣凈化池是分散處理生活污水，建池的原則

8、是：誰建房誰建池、誰建池誰受益、誰建池誰投資。2. 節(jié)約能源，不占用土地建沼氣凈化池不需要建設(shè)單位提供專門的建池場地，設(shè)計(jì)部門能根據(jù)建設(shè)單位的空間地帶、陰暗邊角地、綠化和通道等地方進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)（通道要考慮地面的承受力）。3. 不需要專人管理，運(yùn)行穩(wěn)定，費(fèi)用低凈化沼氣池是地埋式，其結(jié)構(gòu)采用的磚和鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)，沒有機(jī)械和動(dòng)力設(shè)備，不能耗，水質(zhì)自流，運(yùn)行很穩(wěn)定，不需人管理，一般裝置35年由專業(yè)隊(duì)伍清掏一次。4. 使用壽命長，處理效果好凈化沼氣池處理生活污水的工藝成熟，整個(gè)設(shè)施是磚和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沒有機(jī)械動(dòng)力設(shè)備，設(shè)施全部埋在地下，不易風(fēng)化和腐蝕，使用壽命一般能達(dá)到3040年或更長一些，處理

9、的效果好而且穩(wěn)定。五、 凈化沼氣池與建污水廠的效益對(duì)比1. 投資效益2000年綿竹市在劍南鎮(zhèn)計(jì)劃建一座日處理5萬噸污水處理廠（因投資較大沒有實(shí)施）。下面就建5萬噸污水處理廠的投資和已建沼氣凈化池的投資情況及有關(guān)數(shù)據(jù)列表對(duì)比，且看他們的投資、環(huán)境和社會(huì)效益。141建凈化沼氣池與污水廠投資和效應(yīng)比較時(shí) 間城市人口處理設(shè)施建設(shè)規(guī)?？?投 資處理能力污水產(chǎn)生量建 管 道附屬建筑物年運(yùn)行費(fèi)用年管理費(fèi)用管理人員能源消耗電年能源耗費(fèi)土地占用污泥處理資源回收投資渠道污水處理收費(fèi)使用壽命總 投 資備 注2000年15萬人污 水 處 理 廠一座（日處理5萬噸）9600萬元5萬噸3萬噸22km辦公、機(jī)修、倉庫、住宅

10、576.82萬元93萬元35人656萬度223萬元150畝堆放回收水財(cái)政負(fù)擔(dān)（一次性）0.80元/噸25年9600萬元來自可研報(bào)告已建凈化沼氣池10.5萬m3（容積）3150萬元3萬噸3萬噸不建管道，處理后進(jìn)下水道不建140萬元0不要專管人員不耗電00養(yǎng)魚、喂豬、高效肥料回收沼氣建設(shè)單位（分散）040年3150萬元由農(nóng)能局提供由以上分析不難看出:厭氧發(fā)酵工藝分散處理城市生活污水比污水處理廠處理相同污水節(jié)省投資。并且由于采用厭氧沼氣凈化法處理生活廢水是分散投資，比興建污水處理廠一次性投資在資金投入上更優(yōu)越。沼氣凈化池的管理費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用很低，而一個(gè)污水處理廠每年需投入較高的運(yùn)行費(fèi)用、管理費(fèi)用。這

11、些費(fèi)用的投入將給地方財(cái)政和用戶增加負(fù)擔(dān)。2. 環(huán)境效益利用厭氧發(fā)酵工藝處理城市生活污水，能夠達(dá)到廢物的減量化，并且可以回收部分生物能源。由于沼氣池設(shè)施建在地表下，不占用地上空間，節(jié)省土地并充分利用城市的有限空間。此技術(shù)是在地表下完全封閉的情況下采用自流式處理流程，不但能夠節(jié)省大量能耗，還可杜絕一些有害微小生物、病菌等滋生。實(shí)踐證明，一些病源菌和寄生蟲卵經(jīng)厭氧發(fā)酵裝置處理后，其數(shù)量明顯的減少。沼氣凈化技術(shù)為綿竹市1999年獲得全國衛(wèi)生城市作出了突出貢獻(xiàn)，蚊、蠅達(dá)標(biāo)驗(yàn)收考核一次性合格。應(yīng)用厭氧發(fā)酵工藝流程，還可去除污水中的揮發(fā)性物質(zhì)，使水中的臭氧劇減，剩余污泥量達(dá)到最少化。建設(shè)污水處理廠也可達(dá)到時(shí)

12、污水凈化作用，但它與厭氧發(fā)酵工藝相比較，在廢物減量化、低能耗和殺滅病源微生物及生物能回收、土地利用方面是無法相比的。3. 社會(huì)效益142應(yīng)用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理城市生活污水，在投資方面由于采用的“誰受益，誰投入”的原則，加之在治理方面采用哪里建房哪里建沼氣凈化池的分散處理辦法，投資分散，建設(shè)單位能夠承受，不需要財(cái)政投入，財(cái)政的負(fù)擔(dān)減輕。特別是采用沼氣凈化池處理污水是分散處理、分散管理 ，不需要投入人力、物力和土地，而且還可回收沼氣這一清潔能源，有明顯經(jīng)濟(jì)效益。可見，厭氧發(fā)酵處理生活污水的社會(huì)效益十分顯著。此外，從城市規(guī)劃看，建污水處理廠需要在地下鋪設(shè)很多生活污水專用管道將污水集中輸送到污水處理廠，這對(duì)一些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后的城市來講，不但要詳細(xì)規(guī)劃，還要投入大量的財(cái)力物力，對(duì)下水管道進(jìn)行改造。應(yīng)用沼氣技術(shù)分散處理城市生活污水，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)的污水，可以直接進(jìn)入城市下水道排放，可以減少地下管網(wǎng)，如果城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要興建污水處理廠，則可將沼氣凈化池作為一級(jí)處理，然后再由污水處理廠作二級(jí)處理，這樣不但效果