沼氣池建設(shè)專家
沼氣工程與污水處理廠污水處理比較研究
一、引言
城市污水一般通過污水處理廠處理，但污水處理廠建造成本大，運營費用高。用沼氣工程來處理污水，具有能耗少、運行費用低、產(chǎn)生的淤泥少的特點，并且可產(chǎn)生能源——沼氣。用沼氣工程處理污水，可以回收沼氣，既是節(jié)能又是減排，污水處理廠處理污水，要耗費大量動力，只減排不節(jié)能。
二、沼氣工程簡介
沼氣指有機物質(zhì)在與空氣隔絕的條件下，經(jīng)過微生物發(fā)酵而產(chǎn)生的一種以甲烷為主的可燃氣體。沼氣工程指制取沼氣的人工設(shè)施，常見的既有小型戶用沼氣工程，也有規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖廠、屠宰場以及處理有機工業(yè)廢水的大中型沼氣工程，本報告專指大中型沼氣工程。沼氣工程除了能獲得沼氣外，還有污水凈化功能，并能夠產(chǎn)生沼液、沼渣。
沼氣工程凈化污水是利用生物處理法，確切地講是厭氧生物處理法，降解污水中的有機污染物。厭氧生物處理法是在無氧的條件下，由兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機污染物的處理方法。包括四個階段：
水解階段：高分子有機物由于體積大，不能通過厭氧菌的細胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶分解成小分子。典型的水解過程有纖維素被分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被分解成短肽和氨基酸。
酸化階段：上述小分子有機物進入細胞體內(nèi)，轉(zhuǎn)化成更簡單的化合物，并被分配到細胞外，這一階段的主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸（VFA），同時還有部分醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產(chǎn)物。
產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一步的產(chǎn)物進一步被轉(zhuǎn)化成乙酸、碳酸、氫氣以及新的細胞物質(zhì)。
產(chǎn)甲烷階段：乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇都被轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和新的細胞物質(zhì)。這一階段是整個厭氧過程中最為重要的階段，也是整個厭氧反應(yīng)過程的限速階段。
最主要的甲烷產(chǎn)生過程有：
CH3COO-+H2O—>CH4（沼氣）+HCO3-；
HCO3-+H++4H2—>CH4（沼氣）+3H2O；
4CH3OH—>3CH4（沼氣）+CO2+2H2O；
4HCOO-+2H+—>CH4（沼氣）+CO2+2HCO3-。
三、城市污水常規(guī)處理方法
城市污水主要是利用污水處理廠進行處理，按照國際做法，以及我國水環(huán)境面臨的嚴峻形勢，污水進廠是大勢所趨。但目前我國污水進廠的比例還很小，由于污水處理費用高，要全面實現(xiàn)污水進廠還有待時日。
污水處理廠處理工藝很多，目前生化處理法比較普遍。生化法在污水處理中，屬于二級處理，以去除懸浮物和溶解性可生物降解的有機物為主要目的，分好氧生化處理、厭氧生化處理。生化處理法可分成活性污泥法、生物膜法、生物穩(wěn)定塘法和土地處理法等四大類。日前大多數(shù)城市污水處理廠都采用活性污泥法。
市政污水處理廠生化處理法，多是利用好氧生化法，特殊情況下輔以厭氧生化法。引入?yún)捬豕ば?，主要有以下目的：一是脫磷，生物脫磷需要厭氧環(huán)境，往往在好氧工序前增加這個環(huán)節(jié)，一般不收集沼氣，而是直接排空，如厭氧-好氧（A1-O）工藝。二是脫除廢水中的氮，嚴格地講是在缺氧情況下，如缺氧一好氧（A2-O）工藝。另有好氧與厭氧組合工藝如A1-A2-O（或稱A2／O）工藝，能將脫N除P和有機物處理結(jié)合起來，但成本高。三是作為高濃度廢水的前處理，因好氧菌不能存活，好氧法不能直接處理高濃度有機廢水， 一般均專門收集沼氣。
好氧生化處理法指在有氧條件下，通過好氧菌的代謝作用，把污水中的有機物當(dāng)成營養(yǎng)源（食物），轉(zhuǎn)化成無機物，從而去除降解水體污染，一般不產(chǎn)生沼氣。好氧生物處理法相當(dāng)于天然河流自然降解的強化版。好氧生化處理法中，約1/3的有機物分解并提供生物生理活動的能量，2/3用于自身生長，即活性淤泥（又稱生物淤泥）增長的部分。生物淤泥需要進一步處理，否則易成為二次污染源。
四、沼氣工程與污水處理廠的優(yōu)缺點比較
（1）好氧生化法（污水處理廠的主要工藝）
面積相對較少；處理過程中散發(fā)的臭氣少；出水水質(zhì)較好，一般能達到國家二級排放標(biāo)準。
缺點：能耗大，運行費用高；淤泥處理困難，處置不當(dāng)則成為二次污染源；適宜處理中低濃度有機廢水，不能直接處理高濃度有機廢水；
（2）厭氧生化法（沼氣工程的主要工藝）
優(yōu)點：能耗少，運行費用低；產(chǎn)生的淤泥少，僅為好氧生物處理時的1/10，后序處理簡單；可回收沼氣。
缺點：反映速度慢，處理時間長；所需處理設(shè)施大，占地面積相對較大；出水水質(zhì)差；適宜處理高濃度有機廢水，對低濃度有機廢水處理效率低。
五、適宜沼氣工程處理的污水種類
BOD濃度大于10000mg/L時，只能用厭氧生化法，因為好氧菌不能存活，無法進行好氧處理。厭氧處理后，一般還要增加好氧處理工序。
BOD濃度小于500mg/L時，基本采用好氧生化法。一般不采用厭氧法，因為沼氣產(chǎn)量少，而且處理時間長。
BOD濃度介于500mg/L～10000mg/L時，根據(jù)情況選擇。一般BOD5大于2000mg/L時，屬于高濃度廢水，可增加厭氧生化法。
城市污水和部分常見廢水的BOD（有機污染物含量）值
|
污水種類 |
BOD5(mg/L) |
污水種類 |
BOD5(mg/L) |
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混有工業(yè)廢水的城市廢水 |
100～3000(通常小于500) |
焦化廠 |
1420～2070 |
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養(yǎng)雞場沖洗廢水 |
17000～32000 |
皮革廠 |
220～2250 |
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養(yǎng)豬場糞尿污混物 |
比雞場更高 |
化纖廠 |
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腈綸生產(chǎn) |
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(1)酸性廢水 |
50 |
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(1)飽和塔 |
680 |
(2)堿性廢水 |
180 |
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(2)解析塔 |
815 |
印染廠 |
350 |
結(jié)上所述，高濃度的污水可用沼氣工程處理，如規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖污水、屠宰場污水、有機工業(yè)廢水等。城市污水濃度一般難以達到要求，但生活黑水（廁所污水），以及從化糞池中清出的干物質(zhì)，能達到沼氣工程的要求。
但沼液（即處理后的污水）一般不能達到國家規(guī)定的出水標(biāo)準，可以通過自然條件下的生物處理法進行后續(xù)處理，當(dāng)然也可以繼續(xù)采取工廠化污水處理法。采用自然生物處理法，建議首選作肥料，灌溉農(nóng)田；其次結(jié)合生物穩(wěn)定塘法處理。
六、造價及運行費用
1．污水處理廠：污水處理廠造價較高，投入往往要上億元；另外管網(wǎng)費用通常超過污水廠本身的造價，如果加上污水管網(wǎng)，總費用更加驚人；關(guān)鍵是運行費用高，故有“建得起污水廠，用不起污水廠”之說。以合肥市的王小郢污水處理廠為例，一期工程日處理能力為15萬噸，廠本身造價1.7858億元，包括管網(wǎng)總費用需數(shù)億元，污水處理費為0.97元/噸，每年僅運行費用就上千萬元。運行費用主要為補充氧氣及淤泥處理的能耗費用，一般占總運行費用的70%以上。
2．沼氣工程：日處理100噸污水（高濃度）的沼氣站，建造費約需要100多萬，按此推算，日處理污水能力15萬噸，沼氣站建設(shè)需要15億元。表面看，造價相對污水處理廠要高，但由于污水濃度高，折合成普通污水濃度，則實際處理能力要高得多，且建成后運行費用很低，并能收獲沼氣、沼液和沼渣，有可觀的經(jīng)濟效益。沼氣是清潔燃料，量大時可以發(fā)電，沼液和沼渣是很好的有機肥料，沼液通過管道或者溝渠導(dǎo)入農(nóng)田，沼渣統(tǒng)一運往肥料廠生產(chǎn)有機肥料。
從沼氣工程在規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場的實踐來看，效果很好，只要能夠確保污水總量和濃度，進而確保沼氣量，少則四五年多則七八年就能收回成本。而沼氣站通常有10-20年的運行壽命。因此，綜合考慮，沼氣工程比污水處理廠經(jīng)濟。
七、結(jié)論和建議
1．沼氣工程可作為城市污水處理的輔助措施。沼氣工程（即厭氧生化法）雖然優(yōu)點很多，但也存在局限性，目前在城市污水處理中受到很大的限制。利用沼氣工程作為污水處理的主體工程，目前在城市污水處理中可行性不大，但可作為輔助措施。
2．在局部地區(qū)和特定對象可實施沼氣工程。在對象上，重點處理糞便污水，首先應(yīng)考慮學(xué)校、公廁等糞便污水集中的場所；其次，可考慮城市污水管網(wǎng)以外的辦公樓、旅館、居民點等。在區(qū)域上，重點在新興的小城鎮(zhèn)推廣，如我省“百鎮(zhèn)千村”示范工程中的集鎮(zhèn)。
3．沼氣工程處理污水前景比較樂觀。由于污水處理廠成本過高，隨著電價上漲，運行費用還會上漲，對于推廣沼氣工程是個機遇；另外，隨著燃氣價格的上漲，以獲取沼氣為目的，同時具備污水處理功能的大中型和戶用沼氣工程，前景比較看好。
課題指導(dǎo)：吳克明
課題組長：戴培昆
本報告撰寫人：唐二春
文章來源地址： http://szdirise.com.cn/zhaoqichijianshe/342.html
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