厭氧環(huán)保廁所在華容縣城市防洪工程中的應(yīng)用

李寧波

（華容縣北汊水庫管理所 岳陽市 414200）

1 問題提出

華容河為長江分流入洞庭湖的四水之一, 全長60.78 km，自1958年上游堵口，下游建閘控制后，已把該河改變成為受人工控制非正常天然行洪的河流。雖然每年暴雨期有大量澇水通過自排或抽排入河形成洪水，但干旱期則基本上沒有徑流，從而使河流的特性發(fā)生了較大的變化，每年夏秋或冬春干旱發(fā)生時(shí)，沿河兩岸生產(chǎn)生活用水僅靠華容河河槽有限的調(diào)蓄水與回歸水供給。一方面水量嚴(yán)重不足，供求矛盾突出，現(xiàn)狀P=95%年缺水量7 650 萬m3，2007年受旱面積0.438 萬hm2（6.57 萬畝），減產(chǎn)糧食1 969 萬kg，直接經(jīng)濟(jì)損失1 876 萬元。另一方面全年大部分時(shí)間，河水不流動(dòng)，或者從下游向上游回灌頂托，正反流速均很小，河水稀釋自凈能力極弱，河流生命力明顯下降，而且沿河兩岸有大量的工業(yè)和生活污廢水排入河中，同時(shí)河道內(nèi)洲灘發(fā)育，雜草叢生，血吸蟲釘螺密集，導(dǎo)致本已脆弱的水體受到嚴(yán)重污染。經(jīng)3 個(gè)代表監(jiān)測斷面監(jiān)測，枯水期水質(zhì)均劣于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。不僅使河流生態(tài)退化，而且造成全流域嚴(yán)重的水質(zhì)性缺水。

華容縣是湘北洞庭湖區(qū)重要的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心之一，現(xiàn)有城區(qū)面積12 km2，常住人口13 萬人，規(guī)劃近期人口16 萬人，城區(qū)面積15.6 km2，遠(yuǎn)景人口20 萬人，城區(qū)面積20 km2。

華容縣城關(guān)鎮(zhèn)位于湖南省北部，即華容縣縣城所在地，華容河穿境而過，華容縣城市防洪工程第一期工程位于城關(guān)鎮(zhèn)石山磯至華容一橋，全長2.78 km，該段堤頂公路混凝土硬化工程和沱江廣場綠化工程是華容縣城市防洪工程的精品工程、民心工程，該工程竣工后，為華容市民提供了很好的休閑、鍛煉活動(dòng)場所，每天在沿河堤頂公路散步和沱江廣場休閑的人員達(dá)1 萬人次左右。

人活動(dòng)多的公共場所少不了公共廁所，在該段堤內(nèi)沒有適合且方便的位置建公共廁所，若在堤外建普通的公共廁所，污水直接排入華容河，會(huì)嚴(yán)重污染華容河，將造成華容河水一定程度上的“垃圾循環(huán)”，因城關(guān)居民的生活用水只能取自華容河，會(huì)直接影響全縣生活用水水質(zhì)，危害人民的身體健康。沱江廣場只能建環(huán)保廁所，采取從源頭建設(shè)凈化池的辦法進(jìn)行厭氧處理，使排水達(dá)到國家污水綜合排放二級以上標(biāo)準(zhǔn)，從根本上解決水污染的問題。

2 厭氧環(huán)保廁所基本結(jié)構(gòu)

厭氧環(huán)保廁所是一個(gè)集水壓式沼氣池、厭氧濾器及兼性塘于一體的多級折流式消化系統(tǒng)。糞便污水和生活污水經(jīng)生物格柵去除粗大固體后，再經(jīng)沉砂進(jìn)入處理區(qū)，在這里糞便和污水進(jìn)行厭氧發(fā)酵，并逐步向后流動(dòng)，生成的污泥及懸浮固體在該區(qū)的后半部沉降并沿傾斜的池底滑回前部，再與新進(jìn)入的糞污混合進(jìn)行厭氧發(fā)酵。其基本結(jié)構(gòu)如附圖。

附圖 基本結(jié)構(gòu)圖

3 工藝原理

厭氧處理污水、廢水的思路就是營造一個(gè)適合厭氧微生物生存和快速繁殖的環(huán)境，讓需要處理的污水和厭氧微生物充分接觸混合，產(chǎn)生生物反應(yīng)。通俗地說就是厭氧微生物消化掉污水中的有機(jī)物，將有機(jī)物大分子降解為小分子，主要排放出甲烷氣體，使污水中的有機(jī)物含量大大降低。

厭氧處理后水中的有機(jī)物含量大大降低，再進(jìn)一步使用好氧處理。就是利用好氧菌對水中的有機(jī)物進(jìn)行消化。將出水存放到一個(gè)水池中，也稱為曝氣池，使水接觸空氣，補(bǔ)充足夠的氧，這樣水中的好氧菌就會(huì)大量迅速繁殖，進(jìn)一步消耗掉水中的有機(jī)物，使COD 值消耗到符合排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可以讓污泥進(jìn)一步沉淀。經(jīng)過好氧池溢出的水中取出水樣，水的顏色比較清澈且符合國家排標(biāo)準(zhǔn)。

（1）厭氧微生物處理凈化機(jī)理。

廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下，通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將污水、廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱厭氧消化?？梢源致缘貙捬跸^程劃分為3 個(gè)連續(xù)的階段：水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。厭氧消化的第一階段是水解酸化階段。復(fù)雜的大分子，不溶性有機(jī)物先在細(xì)胞外酶作用下水解為小分子、溶解性有機(jī)物，然后滲入細(xì)胞內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸、醇類等。這個(gè)階段主要產(chǎn)生較高級脂肪酸。厭氧消化的第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各種有機(jī)酸被分解轉(zhuǎn)化成乙酸和好H2，在降解奇數(shù)碳數(shù)有機(jī)酸時(shí)除了產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸外還產(chǎn)生CO2厭氧消化的第三階段為產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、乙酸鹽、CO2、和H2等轉(zhuǎn)化為甲烷。此過程由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羥產(chǎn)生甲烷。前者約占總量的1/3，后者約占2/3，上述3個(gè)階段的反應(yīng)速度依廢水的性質(zhì)而異：在含纖維素、半纖維素、果膠和脂類等污染物為主的廢水中，水解易成為反應(yīng)速度的限制步驟，簡單的糖類、淀粉、氨基酸和一般的蛋白質(zhì)均能被微生物迅速分解，對含這類有機(jī)物為主的廢水，則產(chǎn)甲烷易成為反應(yīng)速度的限制步驟。雖然厭氧消化過程從機(jī)理上可分為以上3 個(gè)階段，但是在厭氧反應(yīng)器中，3 個(gè)階段是同時(shí)進(jìn)行的，并且保持某種程度上的動(dòng)態(tài)平衡。這種動(dòng)態(tài)平衡一旦被pH、溫度、有機(jī)負(fù)荷等外加因素所破壞，則首先將使產(chǎn)甲烷階段受到抑制，其結(jié)果導(dǎo)致低級脂肪酸的積存和厭氧進(jìn)程的異常變化，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)厭氧消化過程停滯（酸化或酸?。?。

（2）厭氧生物處理的影響因素。

產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化過程的控制階段，因此，厭氧生物處理的影響因素主要是影響產(chǎn)甲烷菌的各項(xiàng)因素；主要影響因素有：溫度、pH 值、氧化還原電位、營養(yǎng)物質(zhì)、F/M 比、有毒物質(zhì)等。

溫度：溫度對厭氧微生物的影響尤為顯著；厭氧細(xì)菌可分為嗜熱菌（或高溫菌）、嗜溫菌（中溫菌）；相應(yīng)地，厭氧消化分為：高溫消化（55°C 左右）和中溫消化（35°C 左右）；高溫消化的反應(yīng)速率約為中溫消化的1.5～1.9 倍，產(chǎn)氣率也較高，但氣體中甲烷含量較低； 當(dāng)處理含有病原菌和寄生蟲卵的廢水或污泥時(shí)，高溫消化可取得較好的衛(wèi)生效果，消化后污泥的脫水性能也較好；隨著新型厭氧反應(yīng)器的開發(fā)研究和應(yīng)用，溫度對厭氧消化的影響不再非常重要（新型反應(yīng)器內(nèi)的生物量很大），因此可以在常溫條件下（20～25°C）進(jìn)行，以節(jié)省能量和運(yùn)行費(fèi)用。

pH 值和堿度：pH 值是厭氧消化過程中的最重要的影響因素；重要原因：產(chǎn)甲烷菌對pH 值的變化非常敏感，一般認(rèn)為，其最適pH 值范圍為6.8～7.2，在<6.5 或>8.2 時(shí)，產(chǎn)甲烷菌會(huì)受到嚴(yán)重抑制，而進(jìn)一步導(dǎo)致整個(gè)厭氧消化過程的惡化；厭氧體系中的pH 值受多種因素的影響：進(jìn)水pH 值、進(jìn)水水質(zhì)（有機(jī)物濃度、有機(jī)物種類等）、生化反應(yīng)、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等；厭氧體系是一個(gè)pH 值的緩沖體系，主要由碳酸鹽體系所控制；系統(tǒng)中脂肪酸含量的增加（累積），將消耗-HCO3，使pH 下降；但產(chǎn)甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會(huì)產(chǎn)生-HCO3，使系統(tǒng)的pH 值回升。在厭氧消化中堿度曾一度被認(rèn)為是一個(gè)至關(guān)重要的影響因素，但實(shí)際上其作用主要是保證厭氧體系具有一定的緩沖能力，維持合適的pH 值；厭氧體系一旦發(fā)生酸化，則需要很長的時(shí)間才能恢復(fù)。

氧化還原電位：嚴(yán)格的厭氧環(huán)境是產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行正常生理活動(dòng)的基本條件； 非產(chǎn)甲烷菌可以在氧化還原電位為（+100～-100）mv 的環(huán)境正常生長和活動(dòng)；產(chǎn)甲烷菌的最適氧化還原電位為（-150～-400）mv，在培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的初期，氧化還原電位不能高于-330 mv。

4 厭氧環(huán)保廁所在華容縣城市防洪工程中的應(yīng)用與效果

華容縣城關(guān)鎮(zhèn)石山磯至華容一橋，城市防洪中實(shí)施了堤頂公路混凝土硬化工程和濱河沱江廣場綠化工程，為華容市民提供了很好的休閑、鍛煉活動(dòng)場所，每天在沿河堤頂公路散步和沱江廣場休閑的人員達(dá)1 萬人次左右。在實(shí)施中建設(shè)厭氧環(huán)保廁所7處，污水處理效果好。

經(jīng)反復(fù)檢驗(yàn)，采用該技術(shù)處理生活污水均達(dá)到了達(dá)到國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中二級標(biāo)準(zhǔn)，其懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）均低于國家生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)，大腸桿菌、血吸蟲卵、蛔蟲卵等寄生蟲卵殺滅率均達(dá)到98%以上。厭氧環(huán)保廁，利用生物床附生厭氧菌分解處理有機(jī)物并通過沉淀、多級過濾的辦法處理生活污水，其整個(gè)運(yùn)行過程無動(dòng)力、不耗能。每2～3年處理一次沉渣，運(yùn)行成本低，從華容縣城市防洪工程沱江綠化廣場的厭氧環(huán)保廁所實(shí)際運(yùn)行使用看，污水處理成本低，效果好，值得廣泛推廣。