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)學院，廣東深圳 518055）

1 引言

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

隨著經(jīng)濟及城市建設(shè)的飛速發(fā)展，糞渣產(chǎn)量也在不斷增多。我國過去一直將糞渣運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圍水體、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；未處理的糞渣會對水體及土壤造成生物性污染，糞渣中的致病傳染菌還會引起傳染病的爆發(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，城市糞渣必須進行無害化處理。

2 我國城市糞渣處理存在的問題

我國在城市糞渣的處置過程中關(guān)注更多的是糞渣的資源利用，而忽略了其帶來的污染和危害。我國糞渣的處理技術(shù)相對落后，糞渣長期在化糞池中淤積，得不到妥善處置就會形成板結(jié)，使糞渣無法實現(xiàn)無害化處理，造成環(huán)境污染。另外，我國糞渣處理還存在處理設(shè)施不配套、處理設(shè)施缺乏等問題。

2.1 污水管道和污水處理設(shè)施不配套

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

2.2 糞便處理設(shè)施缺乏

由于我國缺乏相應(yīng)的糞渣無害化處理設(shè)施，化糞池中滯留的大量糞渣污泥最后只能由當?shù)叵嚓P(guān)部門用吸糞車將其吸走，送往垃圾填埋場衛(wèi)生填埋或用于田地施肥，此外，一些地區(qū)還會將糞渣傾倒在城市周圍水體、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，還對環(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

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

3.1 歐美模式

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

距污水廠較近的糞便接收站處理流程見圖1。

圖1 距污水廠較近的糞便接收站處理流程

距污水廠較遠的糞便接收站處理流程見圖2。

圖2 距污水廠較遠的糞便接收站處理流程

3.2 日本模式

同是發(fā)達國家的日本與歐美國家不同的是其城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)普及率較低，為有效地彌補這一不足，日本一般是在沒有污水管網(wǎng)及污水處理廠的特殊地方建立凈化池，通過凈化池來對糞渣進行小范圍內(nèi)的污水處理。

日本的糞渣處理發(fā)展較早，從發(fā)展進程來看，日本早期是用好氧/厭氧消化—活性污泥法處理工藝來處理糞渣，之后引入生物脫氮技術(shù)的兩段生物反硝化—絮凝—臭氧—過濾工藝，再到標準脫氮工藝，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、管理更加簡便。日本好氧/厭氧工藝流程見圖3。

圖3 日本好氧/厭氧工藝流程

日本糞便標準脫氮工藝流程見圖4。

圖4 日本糞便標準脫氮工藝流程

日本高負荷—反硝化—超濾處理工藝流程見圖5。

圖5 日本高負荷—反硝化—超濾處理工藝流程

3.3 發(fā)展中國家模式

發(fā)展中國家由于受到經(jīng)濟水平的限制，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、改良旱廁、堆肥和發(fā)酵等，糞便處理廠、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用較低，符合發(fā)展中國家的國情。目前發(fā)展中國家根據(jù)國情選擇適宜的糞渣處理系統(tǒng)，并隨著經(jīng)濟的發(fā)展而不斷改進其糞渣處理系統(tǒng)。

4 城市糞渣無害化處理工藝

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糞管和通過其相聯(lián)的3 個池子組成的，主要是通過池內(nèi)微生物的厭氧發(fā)酵、中層過糞和寄生蟲卵相對密度大易于沉淀的原理和方法來處理城市糞便。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，并對城市糞便中的有機物進行厭氧發(fā)酵的一個復雜的生化反應(yīng)處理過程。糞便中的有機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)物進行固液分離，分離后的糞渣經(jīng)過再加工處理變成了有機肥，或者是直接經(jīng)過脫水干燥后進行衛(wèi)生填埋，糞便污水則經(jīng)過專業(yè)的污水處理后達標排放。

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成分轉(zhuǎn)化為CO2與H2O 的過程。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，可只在稀釋后進行曝氣、沉淀處理；糞渣處理量較大時，須用活性污泥法在預處理和二次稀釋后進行處理。

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 ℃，有時可達80 ℃）的條件下，利用好氧微生物將糞便中可降解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的處理過程。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，是在一個密閉的高溫高壓的反應(yīng)塔中，將糞便中的有機物在1 h內(nèi)連續(xù)不斷地氧化分解的處理過程。

4.2 化學法

化學法是指根據(jù)處理糞便的性狀選擇適宜的化學試劑（絮凝劑），使糞渣在試劑的絮凝作用下快速形成絮團實現(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法聯(lián)合處理糞便，主要有2 個階段。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烘干脫水后進行處置。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試劑，將糞液中的懸浮顆粒絮凝沉淀脫水處理后進行處置。

4.4 焚燒處理工藝

焚燒處理工藝主要是將經(jīng)過高壓脫水工藝干燥后的固體糞渣送入造粒處理機制成固體顆粒狀，再將其投入焚燒爐中讓其進行連續(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)燃燒運轉(zhuǎn)過程中，該處理工藝不需要再額外添加其他輔助燃料。

5 國內(nèi)外典型糞渣處理工藝

糞渣處理是城市發(fā)展過程中必須解決的問題，國內(nèi)外對其處理工藝做了大量的實驗與研究，這為以后城市糞渣的無害化處理和資源化利用提供了經(jīng)驗。

5.1 國內(nèi)部分城市典型糞渣處理工藝

隨著我國經(jīng)濟和城市建設(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，我國沿海一些發(fā)達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)展中國家的多樣化處理模式。我國部分城市典型糞渣處理工藝見表1。

表1 國內(nèi)部分城市典型糞渣處理工藝

5.2 國外典型城市糞渣處理工藝

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

表2 國外典型城市糞渣處理工藝

6 結(jié)語

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)展過程中必須要解決的問題，糞渣的無害化和資源化是城市發(fā)展的必然趨勢。隨著城市的建設(shè)發(fā)展，我國大部分城市陸續(xù)建設(shè)污水處理廠、垃圾填埋場、糞便集中處理廠等市政環(huán)衛(wèi)設(shè)施，但是一些城市在工藝選擇時出現(xiàn)機械套用現(xiàn)象。雖然國內(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，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行研究和分析，選擇適宜的處理工藝。這樣不僅會使糞渣得到有效處理，還會大大降低糞渣處理的基建投資和運行成本，對污水處理廠的良好運行也會起到積極作用。