糞便真空收集系統(tǒng)及生化技術(shù)研究
糞便是人體消化系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)的生理排泄物，含有豐富的有機(jī)物和氮、磷、鉀成分，是農(nóng)業(yè)的傳統(tǒng)有機(jī)肥料和良好的土壤調(diào)節(jié)劑。
糞便中的有機(jī)物和氮、磷等物質(zhì)若被直接排放，會(huì)造成水質(zhì)污染，散發(fā)含氨、硫化氫、硫醇、硫醚等惡臭成分的有害氣體，病人的糞便還含有多種腸道致病菌、寄生蟲(chóng)卵和病毒，據(jù)有關(guān)資料顯示，發(fā)展中國(guó)家約70%的疾病與糞便的生物性傳染有關(guān).因此，按照減量化、無(wú)害化和資源化的原則來(lái)處置我國(guó)城鄉(xiāng)糞便具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的668座設(shè)市城市年清運(yùn)糞便2900萬(wàn)t，做到無(wú)害化處理的不到1/2，大部分是經(jīng)過(guò)化糞池的簡(jiǎn)單處理就被直接排放，糞渣沒(méi)有妥善處置.我國(guó)近40%的設(shè)市城市缺乏完善的下水管網(wǎng)，污水處理廠(chǎng)嚴(yán)重不足，很多污水處理廠(chǎng)也因運(yùn)行費(fèi)用等多種原因不能正常運(yùn)行，造成全國(guó)90%以上的污水糞便沒(méi)有得到無(wú)害化處理就被直排江河湖海，致使城市流經(jīng)河段86%的水質(zhì)超標(biāo).農(nóng)村糞便雖多用作糞肥，但大部分未經(jīng)衛(wèi)生收集和無(wú)害化處理，而是被直接施于農(nóng)田或排放，不僅影響農(nóng)作物吸收，嚴(yán)重惡化周邊環(huán)境，還導(dǎo)致了疾病傳染.造成上述情況的原因中，糞便的收運(yùn)方式和資源化技術(shù)落后是兩個(gè)癥結(jié)所在。
我國(guó)城鎮(zhèn)現(xiàn)行的糞便收運(yùn)系統(tǒng)大多直接由重力沖水廁所、化糞池、黑水與灰水的混合排污管網(wǎng)或吸糞車(chē)等組成.重力沖水廁所的大耗水量和黑水與灰水的混合排污使糞便的固含量大幅度下降，旱廁糞便的固含量是6%～9%，而重力沖水廁所糞便的固含量還不足0.1%，已嚴(yán)重喪失了其原有的利用價(jià)值，只能通過(guò)化糞池和有待完善的污水處理廠(chǎng)進(jìn)行無(wú)害化處理.另外，污水處理廠(chǎng)的污泥中混入了大量重金屬和有毒難降解物質(zhì)，不宜用作農(nóng)田肥料進(jìn)入食物鏈，糞便的流失和污染也就難以避免。
針對(duì)上述情況，華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院研制開(kāi)發(fā)了糞便真空收運(yùn)系統(tǒng).它是由真空便器 (或真空吸糞器)、真空破碎抽吸器(收集有機(jī)廢棄物)、閥件、管網(wǎng)、真空泵、真空罐、排污泵及控制柜等組成[2]。該系統(tǒng)利用真空泵抽取真空罐及真空管網(wǎng)內(nèi)的空氣形成相對(duì)真空，使真空管網(wǎng)具有抽吸污物的能力.隨著各類(lèi)閥門(mén)的相應(yīng)動(dòng)作，進(jìn)入管網(wǎng)的糞便被逐級(jí)輸送，最終進(jìn)入真空罐內(nèi).和傳統(tǒng)的糞便收運(yùn)系統(tǒng)相比，它具有下述特點(diǎn)：
a.節(jié)水.真空便器的沖水量約為1L/次，是重力沖水廁所的1/6～1/9.
b.糞便與生活灰水被獨(dú)立收集，可使灰水的中水回用成本降為原來(lái)的1/2～1/3.
c.糞便的固含量約為1.7%，是重力沖水廁所的20倍，有力促進(jìn)了糞便的資源化
d.衛(wèi)生.真空管道臭氣控制好，不易招惹蚊蠅造成二次污染.
e.適用性強(qiáng).管徑小(U50～U250)，管道可上升4～5m，工作半徑達(dá)3～4km.系統(tǒng)終端入戶(hù)數(shù)不限，可多至幾千套，系統(tǒng)越大工作越穩(wěn)定，尤其適合于人口相對(duì)分散、缺水及遠(yuǎn)離污水處理廠(chǎng)的地區(qū).
f.經(jīng)濟(jì)性.達(dá)到一定規(guī)模后，一次性建設(shè)投資低于傳統(tǒng)收運(yùn)系統(tǒng)，若考慮節(jié)水費(fèi)用及制肥效益，還可產(chǎn)生一定量的經(jīng)濟(jì)效益.
此外，真空收運(yùn)系統(tǒng)中的破碎抽吸器與真空管網(wǎng)相接，可破碎、收運(yùn)廚余物等易腐性垃圾，和糞便混合后制肥，做到了城市生活垃圾的減量化及資源化.
2真空收運(yùn)系統(tǒng)糞便的生化技術(shù)
針對(duì)有資源化價(jià)值的高濃度糞便(如真空收運(yùn)系統(tǒng)收集的糞便)，傳統(tǒng)的無(wú)害化、資源化工藝有兩種：厭氧消化和高溫好氧堆肥.厭氧消化是將糞便排入消化池，在無(wú)氧條件下，利用厭氧微生物的作用，使有機(jī)物經(jīng)液化、氣化(沼氣)而分解成穩(wěn)定的物質(zhì)，大多數(shù)病菌、寄生蟲(chóng)卵被殺滅，固體達(dá)到減量化和無(wú)害化的方法.其不足之處是運(yùn)行周期長(zhǎng)、占地面積大、易受溫度影響且處理液難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn).高溫好氧堆肥是將有機(jī)物脫水，加入除臭、發(fā)酵微生物菌種和調(diào)整物料混合后，在一次發(fā)酵倉(cāng)、二次發(fā)酵倉(cāng)進(jìn)行為期10～30d的動(dòng)態(tài)、強(qiáng)通風(fēng)發(fā)酵，固體轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥，達(dá)到減量化和無(wú)害化的方法.其不足之處是運(yùn)行周期長(zhǎng)、成本高、容易造成二次污染.另外，有機(jī)物的除臭、脫水、微生物菌劑的培養(yǎng)與生產(chǎn)等環(huán)節(jié)也制約著這些技術(shù)的發(fā)展.
結(jié)合糞便特性和真空收運(yùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院開(kāi)發(fā)了糞便堿性生化資源化工藝。
2.1工藝
糞便堿性生化技術(shù)是利用混凝劑、石灰和堿性工業(yè)廢料，在堿性條件下，通過(guò)高效脫水、加速干燥、高溫、高氨和鹽化等生化作用，促進(jìn)有益微生物生長(zhǎng)，抑制并殺死病原體，最終得到衛(wèi)生達(dá)標(biāo)糞肥的方法，它可有效且低成本地完成糞便的無(wú)害化和資源化(圖1).
2.2技術(shù)特點(diǎn)
a.真空收運(yùn)系統(tǒng)糞便的特性.成人平均每天排泄大、小便0.4L和1.5L，大便固含量為33.6%，其中揮發(fā)固含量約占總固含量的90.8%.
圖1糞便資源化工藝簡(jiǎn)圖
 |
b.改善糞便的脫水性能
為了方便運(yùn)輸和資源化利用真空收運(yùn)系統(tǒng)的糞便，需要對(duì)其進(jìn)行脫水處理.糞便是一種富含有機(jī)質(zhì)、高粘度、粒徑分布極不均勻的復(fù)雜渾濁有機(jī)親水性懸浮液，對(duì)其脫水有一定的技術(shù)難度，目前國(guó)內(nèi)大多引進(jìn)國(guó)外設(shè)備，如北京高碑店糞便處理廠(chǎng)引用的是德國(guó)RoS3型滾筒式脫水機(jī)[4].影響糞便脫水性能的因素很多，如糞水的密度、粘度、表面張力、極性和顆粒物的粒度、密度、電性以及懸浮液的粘度等.其中，比阻值直觀(guān)簡(jiǎn)潔地描述了懸浮液的脫水性能.依據(jù)懸浮液的定壓過(guò)濾方程[5]：，比阻值和過(guò)濾壓力存在著一定的函數(shù)關(guān)系，糞渣作為可壓縮性物體，單靠增加壓力不能有效提高糞便的脫水效率.一般認(rèn)為，機(jī)械脫水的物料比阻在 (1～4)×1012m/kg之間較為經(jīng)濟(jì).而真空收運(yùn)系統(tǒng)糞便的比阻值約為3.9×1014m/kg(活性污泥約為2.7×1013m/kg)，因此，在機(jī)械脫水前對(duì)糞便進(jìn)行預(yù)處理，改善其脫水性能對(duì)減少設(shè)備投資，減少場(chǎng)地面積和簡(jiǎn)化工藝流程都具有重要意義.實(shí)驗(yàn)表明，一定量的混凝劑、石灰或其它堿性工業(yè)廢料可有效改善糞便的脫水性能，使糞便的比阻值降至3.8×1012m/kg，大大改善脫水機(jī)的工作效率.
c.糞便的無(wú)害化.該技術(shù)的生化反應(yīng)時(shí)間為1～2d，在堿性和可達(dá)到60～65℃的條件下，病毒細(xì)菌基本全被殺死(超過(guò)99.9%)，同時(shí)保留了大量類(lèi)似土壤的有用微生物.更重要的是由于添加了石灰和堿性工業(yè)廢料，可緩解因酸雨等造成的酸性環(huán)境中重金屬的再溶出問(wèn)題.糞肥中的氧化物和有機(jī)物對(duì)重金屬的吸附和化合作用，也降低了可溶性重金屬的含量，減少了農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收，有效緩解了重金屬的危害.另外，在堿性條件下，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的臭味可得到有效控制，消化、穩(wěn)定后的糞肥基本不再有臭味.
2.3糞肥的資源化
a.糞肥無(wú)病菌、穩(wěn)定、易于存儲(chǔ)、處理和使用.
b.糞肥分解較慢，氮、磷、鉀在糞肥中所占的比例約為10%左右，有機(jī)物約占其總重量的40%，由于氮、磷等養(yǎng)分的釋放較慢，糞肥具有肥效長(zhǎng)和利用率高的特點(diǎn).
c.產(chǎn)品中的重金屬元素在無(wú)公害處理過(guò)程中，減少了對(duì)農(nóng)作物的影響，可弱化甚至防止對(duì)食物鏈和生態(tài)環(huán)境造成的污染.
d.糞肥的有機(jī)成份含量高，可被用做石灰和肥料的混合農(nóng)用添加肥促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，它含有天然土壤微生物和鈣，可改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土溫，大大提高土壤保持水分能力和飽和排水能力，也增強(qiáng)了土壤的自然屬性，包括水的傳導(dǎo)性、排水性和保濕度，大大降低了暴雨和干旱對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)造成的危害.
e.適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于酸性土壤，糞肥可有效提高土壤的pH值，增加鈣素，促進(jìn)有機(jī)物分解，減少磷元素被活性炭和鋁的固定；還可根據(jù)土壤類(lèi)型和市場(chǎng)需要，用調(diào)節(jié)劑調(diào)整物料的pH值制成中性或酸性的復(fù)混肥，可大大提高糞肥的適用性.
f.生產(chǎn)成本低，堿性糞肥約39元/t，中性和酸性復(fù)混肥近50元/t.
總之，該技術(shù)順應(yīng)了不同區(qū)域土壤的實(shí)際情況，有效添加了農(nóng)作物所必須的有機(jī)物和氮、磷、鉀等物質(zhì)，可做到真空收運(yùn)系統(tǒng)糞便的無(wú)害化和資源化處置.
3小結(jié)
a.糞便的收運(yùn)和資源化技術(shù)落后是糞便流失和污染環(huán)境的重要原因.真空收運(yùn)系統(tǒng)作為經(jīng)濟(jì)可行的新型糞便收運(yùn)系統(tǒng)，若能逐步推廣使用，可有效促進(jìn)糞便的無(wú)害化與資源化.
b.真空收運(yùn)系統(tǒng)的糞便堿性生化處理技術(shù)，既解決了糞便的脫水、無(wú)害化和資源化問(wèn)題，又可有效改善不同類(lèi)型土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況，對(duì)改善生態(tài)環(huán)境，發(fā)展我國(guó)綠色食品具有重要意義.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
