城市糞渣無(wú)害化處理工藝探究

林增煒 張彥敏 朱佳 于鳳嬌

（1. 深圳市城市廢物處置中心，廣東深圳 518112；2. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東深圳 518055）

1 引言

糞渣一般泛指在化糞池底長(zhǎng)期積存的消化污泥、沉渣以及上層的浮渣。其中含有水分、無(wú)機(jī)鹽等無(wú)機(jī)物以及脂肪、蛋白質(zhì)、尿素等有機(jī)物，還會(huì)在空氣中產(chǎn)生氨、硫化氫等惡臭氣體，同時(shí)含有致病菌以及手紙、砂石等固定雜質(zhì)［1-2］。

隨著經(jīng)濟(jì)及城市建設(shè)的飛速發(fā)展，糞渣產(chǎn)量也在不斷增多。我國(guó)過(guò)去一直將糞渣運(yùn)往田地作為肥料使用，但是近幾年化肥的大量生產(chǎn)和普及以及環(huán)境衛(wèi)生要求等多種原因，使糞渣迅速失去傳統(tǒng)處理途徑［3］。糞渣的大量囤積使得一些地區(qū)未經(jīng)允許就將糞渣傾倒在城市周?chē)w、荒野空地中，造成環(huán)境污染，危害人體健康。糞渣排入水體后，破壞了水體生態(tài)系統(tǒng)，使原有物質(zhì)組成發(fā)生改變；未處理的糞渣會(huì)對(duì)水體及土壤造成生物性污染，糞渣中的致病傳染菌還會(huì)引起傳染病的爆發(fā)，傳播多種疾??；糞渣產(chǎn)生惡臭氣體污染空氣，影響居民生活質(zhì)量［4］，因此，城市糞渣必須進(jìn)行無(wú)害化處理。

2 我國(guó)城市糞渣處理存在的問(wèn)題

我國(guó)在城市糞渣的處置過(guò)程中關(guān)注更多的是糞渣的資源利用，而忽略了其帶來(lái)的污染和危害。我國(guó)糞渣的處理技術(shù)相對(duì)落后，糞渣長(zhǎng)期在化糞池中淤積，得不到妥善處置就會(huì)形成板結(jié)，使糞渣無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理，造成環(huán)境污染。另外，我國(guó)糞渣處理還存在處理設(shè)施不配套、處理設(shè)施缺乏等問(wèn)題。

2.1 污水管道和污水處理設(shè)施不配套

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前城市地下水的管道普及率約為60%，按照國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策規(guī)劃需要至2025 年我國(guó)城市管網(wǎng)的普及率才可能達(dá)到85%，污水處理率達(dá)到50%～60%［3］。從國(guó)家政策和目前我國(guó)的國(guó)情來(lái)看，我國(guó)城市的排水管網(wǎng)要達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的高普及率并與污水處理廠(chǎng)相配套，仍有很長(zhǎng)的路要走。在這一段時(shí)間里，為減輕糞便造成的環(huán)境污染，各地相關(guān)部門(mén)會(huì)要求將糞便先送往化糞池統(tǒng)一處理后再排入污水管道，這樣就會(huì)增加城市污水管道的工作量，化糞池中還會(huì)滯留大量的糞渣污泥，之后就會(huì)存在糞渣的清運(yùn)、無(wú)害化處理及最終處置的問(wèn)題［5］。

2.2 糞便處理設(shè)施缺乏

由于我國(guó)缺乏相應(yīng)的糞渣無(wú)害化處理設(shè)施，化糞池中滯留的大量糞渣污泥最后只能由當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門(mén)用吸糞車(chē)將其吸走，送往垃圾填埋場(chǎng)衛(wèi)生填埋或用于田地施肥，此外，一些地區(qū)還會(huì)將糞渣傾倒在城市周?chē)w、荒野空地中。這種糞渣的處理方法不僅增加了多余的工作量，造成了資源的浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)境造成污染。糞渣處理設(shè)施完善后可以省略中間作業(yè)環(huán)節(jié)，直接將糞渣進(jìn)行分解，然后排入污水管道中［6］。

3 城市糞渣處理模式

糞渣的處理與國(guó)家發(fā)展息息相關(guān)，一般而言，糞渣的處理率與國(guó)家的發(fā)達(dá)程度成正比，比如歐美國(guó)家的處理率能達(dá)90%以上，日本為100%。綜合各國(guó)糞渣處理的模式，根據(jù)其收運(yùn)和處理方法的不同，一般分為3 種模式：歐美模式、日本模式和發(fā)展中國(guó)家模式［7-8］。

3.1 歐美模式

歐美發(fā)達(dá)國(guó)家城市下水道建設(shè)比較完善，擁有發(fā)達(dá)的污水排放設(shè)施和處理系統(tǒng)，因此歐美國(guó)家采用城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)+城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)的收集和處理模式，糞便被水帶進(jìn)化糞池后排入下水道，通過(guò)污水管網(wǎng)送至污水處理廠(chǎng)統(tǒng)一處理。這種處理模式的成本相對(duì)較高，不適合發(fā)展中國(guó)家。

距污水廠(chǎng)較近的糞便接收站處理流程見(jiàn)圖1。

圖1 距污水廠(chǎng)較近的糞便接收站處理流程

距污水廠(chǎng)較遠(yuǎn)的糞便接收站處理流程見(jiàn)圖2。

圖2 距污水廠(chǎng)較遠(yuǎn)的糞便接收站處理流程

3.2 日本模式

同是發(fā)達(dá)國(guó)家的日本與歐美國(guó)家不同的是其城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)普及率較低，為有效地彌補(bǔ)這一不足，日本一般是在沒(méi)有污水管網(wǎng)及污水處理廠(chǎng)的特殊地方建立凈化池，通過(guò)凈化池來(lái)對(duì)糞渣進(jìn)行小范圍內(nèi)的污水處理。

日本的糞渣處理發(fā)展較早，從發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，日本早期是用好氧/厭氧消化—活性污泥法處理工藝來(lái)處理糞渣，之后引入生物脫氮技術(shù)的兩段生物反硝化—絮凝—臭氧—過(guò)濾工藝，再到標(biāo)準(zhǔn)脫氮工藝，1986 年日本引入膜生物反應(yīng)器（MBR）處理技術(shù)后，最終建立了高負(fù)荷—反硝化—超濾處理工藝，該工藝的處理效率更高、管理更加簡(jiǎn)便。日本好氧/厭氧工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 日本好氧/厭氧工藝流程

日本糞便標(biāo)準(zhǔn)脫氮工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 日本糞便標(biāo)準(zhǔn)脫氮工藝流程

日本高負(fù)荷—反硝化—超濾處理工藝流程見(jiàn)圖5。

圖5 日本高負(fù)荷—反硝化—超濾處理工藝流程

3.3 發(fā)展中國(guó)家模式

發(fā)展中國(guó)家由于受到經(jīng)濟(jì)水平的限制，城市污水管網(wǎng)普及率低，糞渣的處理率較低，處理方式也呈現(xiàn)多樣化，普遍應(yīng)用的處理系統(tǒng)主要有化糞池、真空吸糞車(chē)、改良旱廁、堆肥和發(fā)酵等，糞便處理廠(chǎng)、糞便污水混合處理等處理方式也已經(jīng)使用。這些處理方式所需費(fèi)用較低，符合發(fā)展中國(guó)家的國(guó)情。目前發(fā)展中國(guó)家根據(jù)國(guó)情選擇適宜的糞渣處理系統(tǒng)，并隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷改進(jìn)其糞渣處理系統(tǒng)。

4 城市糞渣無(wú)害化處理工藝

糞渣處理包括糞便污水處理，紙屑、砂石等固體廢物處理以及氨、硫化氫等惡臭氣體處理3 部分。目前常見(jiàn)的城市糞渣處理工藝主要有生物法（厭氧消化、好氧發(fā)酵）、化學(xué)法、物化法、焚燒處理工藝等［9-10］。

4.1 生物法

4.1.1 厭氧消化工藝

厭氧消化工藝主要包括化糞池（三格）和厭氧發(fā)酵池。目前普遍使用的化糞池是由過(guò)糞管和通過(guò)其相聯(lián)的3 個(gè)池子組成的，主要是通過(guò)池內(nèi)微生物的厭氧發(fā)酵、中層過(guò)糞和寄生蟲(chóng)卵相對(duì)密度大易于沉淀的原理和方法來(lái)處理城市糞便。其中厭氧發(fā)酵主要是向發(fā)酵池內(nèi)投加厭氧的微生物菌種，并對(duì)城市糞便中的有機(jī)物進(jìn)行厭氧發(fā)酵的一個(gè)復(fù)雜的生化反應(yīng)處理過(guò)程。糞便中的有機(jī)物在微生物的作用下被分解轉(zhuǎn)化為CH4，將發(fā)酵后的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，分離后的糞渣經(jīng)過(guò)再加工處理變成了有機(jī)肥，或者是直接經(jīng)過(guò)脫水干燥后進(jìn)行衛(wèi)生填埋，糞便污水則經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的污水處理后達(dá)標(biāo)排放。

4.1.2 好氧發(fā)酵工藝

好氧發(fā)酵工藝包括好氧高溫堆肥工藝和高溫高壓處理工藝，是在有氧氣存在的環(huán)境條件下，利用好氧微生物將糞便中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為CO2與H2O 的過(guò)程。好氧發(fā)酵的處理速度雖然相比于厭氧發(fā)酵要快，處理過(guò)程中能大大減少惡臭有害氣體的大量產(chǎn)生，但是為了維持氧氣的濃度需要增加曝氣設(shè)備。好氧發(fā)酵工藝在糞渣處理量較小時(shí)，可只在稀釋后進(jìn)行曝氣、沉淀處理；糞渣處理量較大時(shí)，須用活性污泥法在預(yù)處理和二次稀釋后進(jìn)行處理。

好氧高溫堆肥工藝是將糞便與生活垃圾按一定比例混合后，在有氧及一定溫度（55～65 ℃，有時(shí)可達(dá)80 ℃）的條件下，利用好氧微生物將糞便中可降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的處理過(guò)程。該工藝要求糞便中含氮含水量較低，含量較高的不宜采用此工藝。

高溫高壓處理工藝即濕法氧化法，是在一個(gè)密閉的高溫高壓的反應(yīng)塔中，將糞便中的有機(jī)物在1 h內(nèi)連續(xù)不斷地氧化分解的處理過(guò)程。

4.2 化學(xué)法

化學(xué)法是指根據(jù)處理糞便的性狀選擇適宜的化學(xué)試劑（絮凝劑），使糞渣在試劑的絮凝作用下快速形成絮團(tuán)實(shí)現(xiàn)固液分離的方法。試劑的投入方式和投加量一般與試劑的化學(xué)性質(zhì)及糞便處理量有關(guān)，一般絮凝劑的投加量在糞渣處理量的0.2%～2%之間［11］。

4.3 物化法

物化法即采用物理法和化學(xué)法聯(lián)合處理糞便，主要有2 個(gè)階段。一是采用篩選、截留、沉淀和離心等物理法，將糞便中的固體廢物分離出來(lái)烘干脫水后進(jìn)行處置。處理設(shè)備主要有篩網(wǎng)、格柵、濾池、沉淀池等。二是向固液分離后的糞液中投加化學(xué)試劑，將糞液中的懸浮顆粒絮凝沉淀脫水處理后進(jìn)行處置。

4.4 焚燒處理工藝

焚燒處理工藝主要是將經(jīng)過(guò)高壓脫水工藝干燥后的固體糞渣送入造粒處理機(jī)制成固體顆粒狀，再將其投入焚燒爐中讓其進(jìn)行連續(xù)燃燒。處理后的固體糞渣顆粒既是固體肥料又是焚燒爐的固體燃料，因此連續(xù)燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，該處理工藝不需要再額外添加其他輔助燃料。

5 國(guó)內(nèi)外典型糞渣處理工藝

糞渣處理是城市發(fā)展過(guò)程中必須解決的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外對(duì)其處理工藝做了大量的實(shí)驗(yàn)與研究，這為以后城市糞渣的無(wú)害化處理和資源化利用提供了經(jīng)驗(yàn)。

5.1 國(guó)內(nèi)部分城市典型糞渣處理工藝

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展，城市糞渣處理工藝已從較低的技術(shù)水平發(fā)展形成一定規(guī)模和能力的技術(shù)層次結(jié)構(gòu)。目前，我國(guó)沿海一些發(fā)達(dá)城市采用糞便與污水合并處理的歐美模式；少數(shù)大城市采用日本的處理模式；大多數(shù)城市采用發(fā)展中國(guó)家的多樣化處理模式。我國(guó)部分城市典型糞渣處理工藝見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)部分城市典型糞渣處理工藝

5.2 國(guó)外典型城市糞渣處理工藝

歐美國(guó)家由于城市污水管道發(fā)達(dá)，管網(wǎng)普及率高，采用特殊處理與污水治理相結(jié)合的模式來(lái)處理糞渣，將糞便與城市污水集中處理，實(shí)現(xiàn)城市糞渣的無(wú)害化處理。其典型處理工藝見(jiàn)表2。

表2 國(guó)外典型城市糞渣處理工藝

6 結(jié)語(yǔ)

城市糞渣和生活垃圾、生活污水一樣影響著市容市貌，是城市發(fā)展過(guò)程中必須要解決的問(wèn)題，糞渣的無(wú)害化和資源化是城市發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著城市的建設(shè)發(fā)展，我國(guó)大部分城市陸續(xù)建設(shè)污水處理廠(chǎng)、垃圾填埋場(chǎng)、糞便集中處理廠(chǎng)等市政環(huán)衛(wèi)設(shè)施，但是一些城市在工藝選擇時(shí)出現(xiàn)機(jī)械套用現(xiàn)象。雖然國(guó)內(nèi)外有多種的處理工藝可供借鑒，但每種處理工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)，糞渣處理工藝的選擇受多種因素影響，應(yīng)該根據(jù)城市之間的差異性和糞渣自身性狀進(jìn)行研究和分析，選擇適宜的處理工藝。這樣不僅會(huì)使糞渣得到有效處理，還會(huì)大大降低糞渣處理的基建投資和運(yùn)行成本，對(duì)污水處理廠(chǎng)的良好運(yùn)行也會(huì)起到積極作用。