厌氧环保厕所在华容县城市防洪工程中的应用

华容县城关镇石山矶至华容一桥人口密集,滩地较为宽广,结合堤防进行了滨江风光带建设,由于风光带人口活动密度大,没有适合且方便的位置建公共厕所,若在堤外建普通的公共厕所,污水直接排入华容河,会严重污染华容河,直接影响全县生活用水水质,危害人民的身体健康。工程施工中采用厌氧环保厕所,采取从源头建设净化池的办法进行厌氧处理,使排水达到国家污水综合排放二级以上标准,从根本上解决水污染的问题。

1问题提出

华容河为长江分流入洞庭湖的四水之一,全长60.78 km,自1958年上游堵口,下游建闸控制后,已把该河改变成为受人工控制非正常天然行洪的河流。虽然每年暴雨期有大量涝水通过自排或抽排入河形成洪水,但干旱期则基本上没有径流,从而使河流的特性发生了较大的变化,每年夏秋或冬春干旱发生时,沿河两岸生产生活用水仅靠华容河河槽有限的调蓄水与回归水供给。一方面水量严重不足,供求矛盾突出,现状P=95%年缺水量7 650万立方,2007年受旱面积0.438万面积(6.57万亩),减产粮食1 969万kg,直接经济损失1 876万元。另一方面全年大部分时间,河水不流动,或者从下游向上游回灌顶托,正反流速均很小,河水稀释自净能力极弱,河流生命力明显下降,而且沿河两岸有大量的工业和生活污废水排入河中,同时河道内洲滩发育,杂草丛生,血吸虫钉螺密集,导致本已脆弱的水体受到严重污染。经3个代表监测断面监测,枯水期水质均劣于地表水环境质量标准Ⅲ类标准。不仅使河流生态退化,而且造成全流域严重的水质性缺水。华容县是湘北洞庭湖区重要的政治、经济、文化中心之一,现有城区面积12平方千米,常住人口13万人,规划近期人口16万人,城区面积15.6平方千米,远景人口20万人,城区面积20平方千米。

华容县城关镇位于湖南省北部,即华容县县城所在地,华容河穿境而过,华容县城市防洪工程第一期工程位于城关镇石山矶至华容一桥,全长2.78 km,该段堤顶公路混凝土硬化工程和沱江广场绿化工程是华容县城市防洪工程的精品工程、民心工程,该工竣工后,为华容市民提供了很好的休闲、锻炼活动场所,每天在沿河堤顶公路散步和沱江广场休闲的人员达1万人次左右。

人活动多的公共场所少不了公共厕所,在该段堤内没有适合且方便的位置建公共厕所,若在堤外建普通的公共厕所,污水直接排入华容河,会严重污染华容河,将造成华容河水一定程度上的“垃圾循环”,因城关居民的生活用水只能取自华容河,会直接影响全县生活用水水质,危害人民的身体健康。沱江广场只能建环保厕所,采取从源头建设净化池的办法进行厌氧处理,使排水达到国家污水综合排放二级以上标准,从根本上解决水污染的问题。

2厌氧环保厕所基本结

厌氧环保厕所是一个集水压式沼气池、厌氧滤器及兼性塘于一体的多级折流式消化系统。粪便污水和生活污水经生物格栅去除粗大固体后,再经沉砂进入处理区,在这里粪便和污水进行厌氧发酵,并逐步向后流动,生成的污泥及悬浮固体在该区的后半部沉降并沿倾斜的池底滑回前部,再与新进入的粪污混合进行厌氧发酵。其基本结构如附图。

3工艺原理

厌氧处理污水、废水的思路就是营造一个适合厌氧微生物生存和快速繁殖的环境,让需要处理的污水和厌氧微生物充分接触混合,产生生物反应。通俗地说就是厌氧微生物消化掉污水中的有机物,将有机物大分子降解为小分子,主要排放出甲烷气体,使污水中的有机物含量大大降低。

厌氧处理后水中的有机物含量大大降低,再进一步使用好氧处理。就是利用好氧菌对水中的有机物进行消化。将出水存放到一个水池中,也称为曝气池,使水接触空气,补充足够的氧,这样水中的好氧菌就会大量迅速繁殖,进一步消耗掉水中的有机物,使COD值消耗到符合排放标准,同时可以让污泥进一步沉淀。经过好氧池溢出的水中取出水样,水的颜色比较清澈且符合国家排标准。

(1)厌氧微生物处理净化机理。

废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下,通过厌氧微生物(包括兼氧微生物)的作用,将污水、废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程,也称厌氧消化。可以粗略地将厌氧消化过程划分为3个连续的阶段:水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。厌氧消化的第一阶段是水解酸化阶段。复杂的大分子,不溶性有机物先在细胞外酶作用下水解为小分子、溶解性有机物,然后渗入细胞内,分解产生挥发性有机酸、醇类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。厌氧消化的第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下,第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和好H2,在降解奇数碳数有机酸时除了产氢产乙酸外还产生CO2厌氧消化的第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2、和H2等转化为甲烷。

此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组从乙酸或乙酸盐脱羟产生甲烷。前者约占总量的1/3,后者约占2/3,上述3个阶段的反应速度依废水的性质而异:在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中,水解易成为反应速度的限制步骤,简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解,对含这类有机物为主的废水,则产甲烷易成为反应速度的限制步骤。虽然厌氧消化过程从机理上可分为以上3个阶段,但是在厌氧反应器中,3个阶段是同时进行的,并且保持某种程度上的动态平衡。这种动态平衡一旦被pH、温度、有机负荷等外加因素所破坏,则首先将使产甲烷阶段受到抑制,其结果导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化,甚至会导致整个厌氧消化过程停滞(酸化或酸败)。

(2)厌氧生物处理的影响因素。

产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段,因此,厌氧生物处理的影响因素主要是影响产甲烷菌的各项因素;主要影响因素有:温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、F/M比、有毒物质等。

温度:温度对厌氧微生物的影响尤为显著;厌氧细菌可分为嗜热菌(或高温菌)、嗜温菌(中温菌);相应地,厌氧消化分为:高温消化(55°C左右)和中温消化(35°C左右);高温消化的反应速率约为中温消化的1.5~1.9倍,产气率也较高,但气体中甲烷含量较低;当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时,高温消化可取得较好的卫生效果,消化后污泥的脱水性能也较好;随着新型厌氧反应器的开发研究和应用,温度对厌氧消化的影响不再非常重要(新型反应器内的生物量很大),因此可以在常温条件下(20~25°C)进行,以节省能量和运行费用。

pH值和碱度:pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素;重要原因:产甲烷菌对pH值的变化非常敏感,一般认为,其最适pH值范围为6.8~7.2,在<6.5或>8.2时,产甲烷菌会受到严重抑制,而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化;厌氧体系中的pH值受多种因素的影响:进水pH值、进水水质(有机物浓度、有机物种类等)、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等;厌氧体系是一个pH值的缓冲体系,主要由碳酸盐体系所控制;系统中脂肪酸含量的增加(累积),将消耗-HCO3,使pH下降;但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸,而且还会产生-HCO3,使系统的pH值回升。在厌氧消化中碱度曾一度被认为是一个至关重要的影响因素,但实际上其作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力,维持合适的pH值;厌氧体系一旦发生酸化,则需要很长的时间才能恢复。

氧化还原电位:严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基本条件;非产甲烷菌可以在氧化还原电位为(+100~-100)mv的环境正常生长和活动;产甲烷菌的最适氧化还原电位为(-150~-400)mv,在培养产甲烷菌的初期,氧化还原电位不能高于-330 mv。

4厌氧环保厕所在华容县城市防洪工程中的应用与效果

华容县城关镇石山矶至华容一桥,城市防洪中实施了堤顶公路混凝土硬化工程和滨河沱江广场绿化工程,为华容市民提供了很好的休闲、锻炼活动场所,每天在沿河堤顶公路散步和沱江广场休闲的人员达1万人次左右。在实施中建设厌氧环保厕所7处,污水处理效果好。

经反复检验,采用该技术处理生活污水均达到了达到国家污水综合排放标准中二级标准,其悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)均低于国家生活污水排放标准,大肠杆菌、血吸虫卵、蛔虫卵等寄生虫卵杀灭率均达到98%以上。厌氧环保厕,利用生物床附生厌氧菌分解处理有机物并通过沉淀、多级过滤的办法处理生活污水,其整个运行过程无动力、不耗能。每2~3年处理一次沉渣,运行成本低,从华容县城市防洪工程沱江绿化广场的厌氧环保厕所实际运行使用看,污水处理成本低,效果好,值得广泛推广。

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