糞便污水處理技術和機械設備探索

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摘要：糞便污水的來源主要是公廁。對糞便進行無害化處理的要求，在部分發(fā)達國家已經(jīng)基本滿足。同時，歐美和日本等國家和地區(qū)甚至可以將糞便污水做到資源化、穩(wěn)定化和減量化。我國對糞便污水的處理處于初級階段。基于此種背景，對糞便污水的處理技術和機械設備的實際應用展開分析，以糞便污水的特點作為切入點，將歐美、日本和我國的糞便污水處理技術進行對比研究。

關鍵詞：糞便污水；處理技術；機械設備

1糞便污水概述

糞便污水的定義并不明確。國外將糞便污水稱為“黑水”，具體歸納為兩種：一種是含有糞便物質(zhì)的生活污水；另一種是廁所污水，即包含糞便和沖廁水的污水。糞便指的是不含或含有少量沖廁水的“黑水”[1]。糞便當中不僅含有有害物質(zhì)，還有豐富的有機物質(zhì)和氮、磷、鉀，能夠為農(nóng)作物的生長提供養(yǎng)分。我國對糞便的處理方式始終以作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肥料為主。但自2000年之后，我國城市糞便污水農(nóng)用的比例不斷下降。在城市糞便污水失去傳統(tǒng)處理途徑期間，大部分地區(qū)選擇的處理方式是將污水傾倒在城市周邊的區(qū)域。這種行為和處理方式十分不合理，且已經(jīng)給我國環(huán)境帶來了不利影響。

2糞便污水特點

與糞便不同，糞便污水中的COD、N、P和病原菌的含量都很高，而糞便中的有機物和營養(yǎng)物質(zhì)濃度更高，實際含量如表1所示（注：括號內(nèi)為平均值）。分析可知，糞便中N、P、K的含量分別為1%、0.5%、0.37%，而有機質(zhì)的含量可以達到20%，主要成分是纖維素、半纖維素等分解物。糞便當中含有大量的水，正常情況下占比在70%～80%[2]。長期以來，我國糞便污水的處理方式是輸送到城市污水處理廠或者糞便集中處理場所。

3糞便污水處理技術

各國的糞便污水處理技術有所不同，可以分為歐美、日本和發(fā)展中國家3種模式，這里發(fā)展中國家以我國為代表展開分析。歐美的糞便污水處理技術是以城市污水管網(wǎng)和污水處理廠為基礎，屬于城市污水和糞便污水組合處理的高成本投入方式。日本糞便污水處理是在合并處理的基礎上再進行集中處理，結合現(xiàn)場凈化池分散處理的處理方式，屬于糞便污水單獨處理的中成本模式[3]。

3.1歐美國家

歐美國家早期對城市下水道的建設十分重視，基本建立了比較完善的污水排放和處理系統(tǒng)。從數(shù)據(jù)上分析，歐美國家的下水道普及率很高，能夠達到70%以上，且大多數(shù)地區(qū)已經(jīng)達到100%。尤其是英國，已經(jīng)將下水道普及到了農(nóng)村。按照每個地區(qū)污水處理廠中的工人數(shù)量計算，已知瑞典和法國從事污水處理工作的人在5000人左右，英國和西德能夠達到7000人以上，美國則是10000人左右。其中，英國的人均下水道長度為4.51m，西德是3.35m。歐美國家的糞便污水處理技術屬于高成本模式，即糞便污水由廁所經(jīng)過化糞池后排入下水道，最終到達污水處理廠進行統(tǒng)一處理[4]。

3.2日本

日本的糞便污水處理是在1988年之后發(fā)展起來的，當年日本的下水道普及率僅達到了32%。為彌補這一現(xiàn)象，當時的政府在沒有下水道和污水處理廠的位置都添加了凈化池，為了方便糞便污水的小范圍處理。當下的日本在這種設計的輔助下，糞便污水排入下水道的只占整體污水的35%，而使用凈化池進行處理的占35%，剩余30%則是使用旱廁產(chǎn)生的糞便污水。日本的糞便污水處理對象主要是凈化池和旱廁，使用的是單獨的糞便污水收集和處理系統(tǒng)，即吸糞車將糞便污水運送到處理廠進行集中處理。實際上日本的糞便污水處理技術發(fā)展早在1954年就開始了，最初的處理方式是好氧/厭氧消化-活性污泥法。使用此種技術進行糞便污水處理，需要先將污水稀釋至20倍以上。經(jīng)過上述技術處理的糞便污水出水中生化需氧量（BiochemicalOxygenDemand，BOD5）以及懸浮物（SuspendedSolids，SS）濃度分別可以達到30mg·L-1和70mg·L-1，基本不能去除污水中的氮磷。直到1975年，日本開始將生物除氮技術應用到糞便污水處理工作中，才能夠將污水中高濃度的氮基本去除。到1980年之后，日本的糞便污水處理技術再次升級，在凈化之前不再需要污水稀釋，出水也不必進行二次處理，大幅度降低了成本。這時日本使用的糞便污水處理技術是“高效反硝化→絮凝→砂濾→活性炭柱工藝”結合的方式。直到1986年，日本在糞便污水處理技術中融入了膜過濾技術，能夠克服以往使用離心力分離污水的缺點。直到現(xiàn)在，日本平均每年都會新建25個以上的糞便污水處理廠。

3.3中國

我國僅有少部分地區(qū)的旱廁有無害處理功能，大部分地區(qū)農(nóng)村處理糞便污水的方式是直接作為農(nóng)家肥使用。城市中雖然有較為完善的下水道系統(tǒng)，但也有部分地區(qū)有旱廁。我國排水設施的構建實際上依舊在推進落實的過程中，大部分地區(qū)缺乏污水處理系統(tǒng)，即便有化糞池，也往往不能體現(xiàn)其全部價值。2020年，我國糞便污水處理效果雖然有所提升，但依舊有70%以上的糞便污水沒有經(jīng)過及時處理就排入自然界，存在水體污染問題[5]。

4糞便污水機械設備應用

我國大范圍使用的糞便污水處理設備基本都來自D國某公司，屬于進口設備。該公司的糞便污水機械設備在我國的應用情況如下。

4.1工藝流程

我國大部分地區(qū)還在使用吸糞車收集糞便污水。該公司根據(jù)我國糞便污水主要成分和實際處理需求，設計了相應的糞便污水處理工藝。具體處理工藝流程如圖1所示。

4.2RO3機械結構和工作原理

若待處理的糞便污水中含有軟污物和漂浮物，則可以使用該公司的RP3系列設備。我國使用的主要是該系列中的RO3.1。該設備整體是由核心機械螺旋細格柵機和全封閉式不銹鋼槽組成，其中細格柵機安裝在封閉式箱槽中。糞便污水在處理時可以從箱槽入口進入，在細格柵前端流入，處理后離開柵筐。這個過程中，糞便污水中的污染物會留在柵筐中。隨著處理工作的落實，柵條上面會不斷積累污染物質(zhì)，最終在柵筐前后形成水位差。在這個水位差值達到設定數(shù)值后，機械設備中的清渣耙就會啟動，將全部濾渣清除。隨著旋轉耙的運轉，濾渣會達到柵筐的最高點，進而被排到料斗中，最終脫離到水渠之外。該設備對糞便污水分離過濾的效率高，結構緊湊，雖然占地面積不大，但最大處理量能夠達到100m3·h-1。此外，該設備的運行十分穩(wěn)定，可以滿足長期糞便污水處理工作的需求。

4.3RO5機械結構和工作原理

事實上，糞便污水中不僅含有漂浮物，砂石等硬質(zhì)雜質(zhì)也是主要污染物。針對此類硬顆粒型雜質(zhì)，我國某地區(qū)使用的是上述企業(yè)生產(chǎn)的RO5機械設備。該裝置配置其生產(chǎn)的RO1、RO2和RO9這3種型號的細格柵機，全部安裝在箱體中。機械設備啟動后，可以有效去除糞便污水中的雜質(zhì)。該機械設備還在箱體的底部安裝了排砂螺桿和提升螺桿兩種零件。在機械設備啟動后，糞便污水會先經(jīng)過細格柵機的柵網(wǎng)，分離出污水中的漂浮物，壓榨脫水后排入垃圾箱。經(jīng)過柵網(wǎng)的糞便污水會繼續(xù)進入沉砂池，沉降傳輸?shù)姆较蚺c污水流向設置相反，以能夠同步排除糞便污水中的有機物。到了排砂螺桿的末端，糞便污水中的沉砂會進入沉沙井。工作人員只需要操作螺桿提升，就能夠排出砂石。

5結語

我國目前的糞便污水基本上還在使用城市污水管網(wǎng)，再將污水傳輸?shù)匠鞘形鬯幚韽S。隨著我國社會的發(fā)展，將糞便污水無害化和資源化處理已經(jīng)成為我國發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻

[1]李清，趙衛(wèi)兵，張勇，等.城鎮(zhèn)糞便污水處理的設計與工程實踐[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2020（5）：16-20.

[2]桑士臣.畜禽養(yǎng)殖糞便污水處理與資源化利用分析[J].畜禽業(yè)，2020（1）：28.

[3]張文兵.鐵路高濃度糞便污水處理的工藝設計[J].鐵道標準設計，2019（5）：153-156.

[4]劉超，王旻.天津動車客車段糞便污水處理技術研究[J].鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生，2017（6）：294-297.

[5]李清，趙衛(wèi)兵，張勇，等.城鎮(zhèn)糞便污水處理的設計與工程實踐[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2020（5）：20-24.

作者：馬濤 單位：太原學院