发布时间:2014-12-09 17:47来源: 作者:唐二春 点击: 次

沼气工程与污水处理厂污水处理比较研究

一、引言

城市污水一般通过污水处理厂处理，但污水处理厂建造成本大，运营费用高。用沼气工程来处理污水，具有能耗少、运行费用低、产生的淤泥少的特点，并且可产生能源——沼气。用沼气工程处理污水，可以回收沼气，既是节能又是减排，污水处理厂处理污水，要耗费大量动力，只减排不节能。

二、沼气工程简介

沼气指有机物质在与空气隔绝的条件下，经过微生物发酵而产生的一种以甲烷为主的可燃气体。沼气工程指制取沼气的人工设施，常见的既有小型户用沼气工程，也有规模化畜禽养殖厂、屠宰场以及处理有机工业废水的大中型沼气工程，本报告专指大中型沼气工程。沼气工程除了能获得沼气外，还有污水净化功能，并能够产生沼液、沼渣。

沼气工程净化污水是利用生物处理法，确切地讲是厌氧生物处理法，降解污水中的有机污染物。厌氧生物处理法是在无氧的条件下，由兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机污染物的处理方法。包括四个阶段：

水解阶段：高分子有机物由于体积大，不能通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶分解成小分子。典型的水解过程有纤维素被分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。

酸化阶段：上述小分子有机物进入细胞体内，转化成更简单的化合物，并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还有部分醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物。

产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。

产甲烷阶段：乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段是整个厌氧过程中最为重要的阶段，也是整个厌氧反应过程的限速阶段。

最主要的甲烷产生过程有：

CH₃COO^-+H₂O—>CH₄（沼气）+HCO₃^-；

HCO₃^-+H⁺+4H₂—>CH₄（沼气）+3H₂O；

4CH₃OH—>3CH₄（沼气）+CO₂+2H₂O；

4HCOO^-+2H⁺—>CH₄（沼气）+CO₂+2HCO₃^-。

三、城市污水常规处理方法

城市污水主要是利用污水处理厂进行处理，按照国际做法，以及我国水环境面临的严峻形势，污水进厂是大势所趋。但目前我国污水进厂的比例还很小，由于污水处理费用高，要全面实现污水进厂还有待时日。

污水处理厂处理工艺很多，目前生化处理法比较普遍。生化法在污水处理中，属于二级处理，以去除悬浮物和溶解性可生物降解的有机物为主要目的，分好氧生化处理、厌氧生化处理。生化处理法可分成活性污泥法、生物膜法、生物稳定塘法和土地处理法等四大类。日前大多数城市污水处理厂都采用活性污泥法。

市政污水处理厂生化处理法，多是利用好氧生化法，特殊情况下辅以厌氧生化法。引入厌氧工序，主要有以下目的：一是脱磷，生物脱磷需要厌氧环境，往往在好氧工序前增加这个环节，一般不收集沼气，而是直接排空，如厌氧-好氧（A1-O）工艺。二是脱除废水中的氮，严格地讲是在缺氧情况下，如缺氧一好氧（A2-O）工艺。另有好氧与厌氧组合工艺如A1-A2-O（或称A2／O）工艺，能将脱N除P和有机物处理结合起来，但成本高。三是作为高浓度废水的前处理，因好氧菌不能存活，好氧法不能直接处理高浓度有机废水， 一般均专门收集沼气。

好氧生化处理法指在有氧条件下，通过好氧菌的代谢作用，把污水中的有机物当成营养源（食物），转化成无机物，从而去除降解水体污染，一般不产生沼气。好氧生物处理法相当于天然河流自然降解的强化版。好氧生化处理法中，约1/3的有机物分解并提供生物生理活动的能量，2/3用于自身生长，即活性淤泥（又称生物淤泥）增长的部分。生物淤泥需要进一步处理，否则易成为二次污染源。

四、沼气工程与污水处理厂的优缺点比较

（1）好氧生化法（污水处理厂的主要工艺）

面积相对较少；处理过程中散发的臭气少；出水水质较好，一般能达到国家二级排放标准。

缺点：能耗大，运行费用高；淤泥处理困难，处置不当则成为二次污染源；适宜处理中低浓度有机废水，不能直接处理高浓度有机废水；

（2）厌氧生化法（沼气工程的主要工艺）

优点：能耗少，运行费用低；产生的淤泥少，仅为好氧生物处理时的1/10，后序处理简单；可回收沼气。

缺点：反映速度慢，处理时间长；所需处理设施大，占地面积相对较大；出水水质差；适宜处理高浓度有机废水，对低浓度有机废水处理效率低。

五、适宜沼气工程处理的污水种类

BOD浓度大于10000mg/L时，只能用厌氧生化法，因为好氧菌不能存活，无法进行好氧处理。厌氧处理后，一般还要增加好氧处理工序。

BOD浓度小于500mg/L时，基本采用好氧生化法。一般不采用厌氧法，因为沼气产量少，而且处理时间长。

BOD浓度介于500mg/L～10000mg/L时，根据情况选择。一般BOD5大于2000mg/L时，属于高浓度废水，可增加厌氧生化法。

城市污水和部分常见废水的BOD（有机污染物含量）值

污水种类	BOD5(mg/L)	污水种类	BOD5(mg/L)
混有工业废水的城市废水	100～3000(通常小于500)	焦化厂	1420～2070
养鸡场冲洗废水	17000～32000	皮革厂	220～2250
养猪场粪尿污混物	比鸡场更高	化纤厂
腈纶生产		(1)酸性废水	50
(1)饱和塔	680	(2)碱性废水	180
(2)解析塔	815	印染厂	350

 

结上所述，高浓度的污水可用沼气工程处理，如规模化畜禽养殖污水、屠宰场污水、有机工业废水等。城市污水浓度一般难以达到要求，但生活黑水（厕所污水），以及从化粪池中清出的干物质，能达到沼气工程的要求。

但沼液（即处理后的污水）一般不能达到国家规定的出水标准，可以通过自然条件下的生物处理法进行后续处理，当然也可以继续采取工厂化污水处理法。采用自然生物处理法，建议首选作肥料，灌溉农田；其次结合生物稳定塘法处理。

六、造价及运行费用

1．污水处理厂：污水处理厂造价较高，投入往往要上亿元；另外管网费用通常超过污水厂本身的造价，如果加上污水管网，总费用更加惊人；关键是运行费用高，故有“建得起污水厂，用不起污水厂”之说。以合肥市的王小郢污水处理厂为例，一期工程日处理能力为15万吨，厂本身造价1.7858亿元，包括管网总费用需数亿元，污水处理费为0.97元/吨，每年仅运行费用就上千万元。运行费用主要为补充氧气及淤泥处理的能耗费用，一般占总运行费用的70%以上。

2．沼气工程：日处理100吨污水（高浓度）的沼气站，建造费约需要100多万，按此推算，日处理污水能力15万吨，沼气站建设需要15亿元。表面看，造价相对污水处理厂要高，但由于污水浓度高，折合成普通污水浓度，则实际处理能力要高得多，且建成后运行费用很低，并能收获沼气、沼液和沼渣，有可观的经济效益。沼气是清洁燃料，量大时可以发电，沼液和沼渣是很好的有机肥料，沼液通过管道或者沟渠导入农田，沼渣统一运往肥料厂生产有机肥料。

从沼气工程在规模化畜禽养殖场的实践来看，效果很好，只要能够确保污水总量和浓度，进而确保沼气量，少则四五年多则七八年就能收回成本。而沼气站通常有10-20年的运行寿命。因此，综合考虑，沼气工程比污水处理厂经济。

七、结论和建议

1．沼气工程可作为城市污水处理的辅助措施。沼气工程（即厌氧生化法）虽然优点很多，但也存在局限性，目前在城市污水处理中受到很大的限制。利用沼气工程作为污水处理的主体工程，目前在城市污水处理中可行性不大，但可作为辅助措施。

2．在局部地区和特定对象可实施沼气工程。在对象上，重点处理粪便污水，首先应考虑学校、公厕等粪便污水集中的场所；其次，可考虑城市污水管网以外的办公楼、旅馆、居民点等。在区域上，重点在新兴的小城镇推广，如我省“百镇千村”示范工程中的集镇。

3．沼气工程处理污水前景比较乐观。由于污水处理厂成本过高，随着电价上涨，运行费用还会上涨，对于推广沼气工程是个机遇；另外，随着燃气价格的上涨，以获取沼气为目的，同时具备污水处理功能的大中型和户用沼气工程，前景比较看好。

                           课题指导：吴克明

                           课题组长：戴培昆

                               本报告撰写人：唐二春

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