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国内外粪便处理技术介绍

2016-5-19 22:19:06      点击:
  粪便具有污染和资源利用两种属性。在中国,城市粪便用作肥料由来已久,只是长期以来人们更多地关注粪便的资源利用而少考虑粪便的污染危害。环境问题与资源问题可以说均是“可持续发展”的重要渊源。基于可持续发展的取向,中国城市粪便问题的解决应在符合国情的前提下,建立在环境保护和资源利用这两个支点上,即城市粪便资源的可持续利用。
1粪便真空收集系统及生化技术研究
1.1粪便真空收集系统
  华中科技大学环境科学与工程学院研制开发了粪便真空收运系统。它是由真空便器(或真空吸粪器)、真空破碎抽吸器(收集有机废弃物)、阀件、管网、真空泵、真空罐、排污泵及控制柜等组成。该系统利用真空泵抽取真空罐及真空管网内的空气形成相对真空,使真空管网具有抽吸污物的能力。随着各类阀门的相应动作,进入管网的粪便被逐级输送,最终进入真空罐内。
1.1.1和传统的粪便收运系统相比,它具有下述特点:
  (1)节水,真空便器的冲水量约为1L/次,是重力冲水厕所的1/6~1/9。
  (2)粪便与生活污水被独立收集,可使污水的中水回用成本降为原来的1/2~1/3。
  (3)粪便的固含量约为1.7%,是重力冲水厕所的20倍,有力促进了粪便的资源化。
  (4)卫生。真空管道臭气控制好,不易招惹蚊蝇造成二次污染。
  (5)适用性强,管径小(U50~U250),管道可上升4~5m,工作半径达3~4km。系统终端入户数不限,可多至几千套,系统越大工作越稳定,尤其适合于人口相对分散、缺水及远离污水处理厂的地区。
  (6)经济性,达到一定规模后,一次性建设投资低于传统收运系统,若考虑节水费用及制肥效益,还可产生一定量的经济效益。
1.1.2真空收运系统中的破碎抽吸器与真空管网相接,可破碎、收运厨余物等易腐性垃圾,和粪便混合后制肥,做到了城市生活垃圾的减量化及资源化。
1.2真空收运系统粪便的生化技术
1.2.1工艺
  粪便碱性生化技术是利用混凝剂、石灰和碱性工业废料,在碱性条件下,通过高效脱水、加速干操、高温、高氨和盐化等生化作用,促进有益微生物生长,抑制并杀死病原体,最终得到卫生达标粪肥的方法,它可有效且低成本地完成粪便的无害化和资源化。
1.2.2技术特点
  (1)真空收运系统粪便的特性。成人平均每天排泄大、小便0.4L和1.5L,大便固含量为33.6%,其中挥发固含量约占总固含量的90.8%。
  (2)改善粪便的脱水性能。为了方便运输和资源化利用真空收运系统的粪便,需要对其进行脱水处理。粪便是一种富含有机质、高粘度、粒径分布极不均匀的复杂浑浊有机亲水性悬浮液,对其脱水有一定的技术难度,目前国内大多引进国外设备,如北京高碑店粪便处理厂引用的是德国RoS3型滚筒式脱水机。影响粪便脱水性能的因素很多,如粪水的密度、粘度、表面张力、极性和颗粒物的粒度、密度、电性以及悬浮液的粘度等。其中,比阻值直观简洁地描述了悬浮液的脱水性能,依据悬浮液的定压过滤方程比阻值和过滤压力存在着一定的函数关系,粪渣作为可压缩性物体,单靠增加压力不能有效提高粪便的脱水效率。一般认为,机械脱水的物料比阻在(1~4)×1012m/kg之间较为经济。而真空收运系统粪便的比阻值约为3.9×1014m/kg(活性污泥约为2.7×1013m/kg),因此,在机械脱水前对粪便进行预处理,改善其脱水性能对减少设备投资,减少场地面积和简化工艺流程都具有重要意义。实验表明,一定量的混凝剂、石灰或其它碱性工业废料可有效改善粪便的脱水性能,使粪便的比阻值降至3.8×1012m/kg,大大改善脱水机的工作效率。
  (3)粪便的无害化。该技术的生化反应时间为1~2d,在碱性和可达到60~65℃的条件下,病毒细菌基本全被杀死(超过99.9%),同时保留了大量类似土壤的有用微生物。更重要的是由于添加了石灰和碱性工业废料,可缓解因酸雨等造成的酸性环境中重金属的再溶出问题。粪肥中的氧化物和有机物对重金属的吸附和化合作用,也降低了可溶性重金属的含量,减少了农作物对重金属的吸收,有效缓解了重金属的危害。另外,在碱性条件下,生产过程中产生的臭味可得到有效控制,消化、稳定后的粪肥基本不再有臭味。
1.2.3粪肥的资源化
  (1)粪肥无病菌、稳定、易于存储、处理和使用。
  (2)粪肥分解较慢,氮、磷、钾在粪肥中所占的比例约为10%左右,有机物约占其总重量的40%,由于氮、磷等养分的释放较慢,粪肥具有肥效长和利用率高的特点。
(3)产品中的重金属元素在无公害处理过程中,减少了对农作物的影响,可弱化甚至防止对食物链和生态环境造成的污染。
  (4)粪肥的有机成份含量高,可被用做石灰和肥料的混合农用添加肥促进农作物生长,它含有天然土壤微生物和钙,可改良土壤结构,提高土温,大大提高土壤保持水分能力和饱和排水能力,也增强了土壤的自然属性,包括水的传导性、排水性和保湿度,大大降低了暴雨和干旱对农作物生长造成的危害。
  (5)适应性强,对于酸性土壤,粪肥可有效提高土壤的pH值,增加钙素,促进有机物分解,减少磷元素被活性炭和铝的固定;还可根据土壤类型和市场需要,用调节剂调整物料的pH值制成中性或酸性的复混肥,可大大提高粪肥的适用性。
  (6)生产成本低,碱性粪肥约39元/t,中性和酸性复混肥近50元/t。
1.3小结
1.3.1粪便的收运和资源化技术落后是粪便流失和污染环境的重要原因。真空收运系统作为经济可行的新型粪便收运系统,若能逐步推广使用,可有效促进粪便的无害化与资源化。
1.3.2真空收运系统的粪便碱性生化处理技术,既解决了粪便的脱水、无害化和资源化问题,又可有效改善不同类型土壤的营养状况,对改善生态环境,发展我国绿色食品具有重要意义。
2上海市研制出粪便可以做“煤”
  上海成功研发出用粪便污泥做成的“人造煤”。研究人员宣称,两吨“人造煤”可以达到甚至超过一吨煤炭的燃烧价值。
  上海市科学委员会已决定全力支持“人造煤”的生产技术,“人造煤”技术发明人郭翔说:这些粪便污泥都是来自于南汇区的处理场,是从千家万户的卫生间通过污水管道流出的粪便等沉淀所产生。由郭翔所带领的研究团队经过研究后发现这些粪便污泥沉淀物竟然可以燃烧。
  经反复试验,郭翔在实验室里把粪便转化成人造煤,这种煤的热值可以达到5270大卡,一点也不比煤逊色。由粪便污泥和生活垃圾制造的“人造煤”与煤炭的颜色一样,外形也相似,至于味道,经过除臭处理后,只有凑近才会闻到一些味道。尽管如此,“人造煤”具有相当高的燃烧价值,特别是在能源短缺及原油价格高涨的今天,“人造煤”可说是废物的充分利用。
3北京市粪便处理设施在线监控
  北京市阿苏卫、小武基等市属的8座大型垃圾粪便处理设施全部实现在线监控,监控系统可实时监测垃圾粪便处理设施对周围环境的影响,并监测废气和废水等污染物的排放情况。
  北京市市政管委渣土处负责人说,目前北京市产生的垃圾和粪便主要由市属的8座大型处理设施处理。
  该系统投入使用后,将对这8座垃圾粪便处理设施和周边的大气质量、气象条件和外排水等指标进行监测,实现对垃圾粪便处理中生产运行、环境保护和安全与应急三个环节的全过程监管。监测结果将及时报送相关部门,督促对垃圾粪便处理设施进行改进,保障其符合环保要求。这套系统的建成,标志着北京市在全国率先实现对垃圾粪便处理设施的在线监控管理。
  在该监测系统中,分布在8座大型垃圾粪便处理设施的监测子站将定时向监控总站发送监测信息。有关部门现场演示了小武基垃圾运转站的监控情况,实时传递的监控结果显示,该垃圾转运站的硫化氢、甲烷等污染物监控数值处于正常状态。据介绍,该系统能进行24小时监控,一旦出现问题能现场报警。
  北京市市政管委负责人介绍,北京市将购置4辆流动监测车,对一些区县的垃圾粪便处理设施进行定时流动监测,不断改善居民生活环境。
4韩国利用动物粪便发电
  韩国一家利用动物粪便发电的发电站,提高可再生能源的利用率并保护环境。韩国产业资源部说,该电站位于首都首尔东南80公里处,每天可处理20吨动物粪便,日发电量为480千瓦时,并可产生20吨热水。
  产业资源部负责可再生能源利用的官员说,那些与新发电站合作的畜牧场得到了一种新型能源,他们自己也可以从出售电力和热水中获利,同时还因不用再处理动物粪便而节省1.8亿韩元(约合19.02万美元),过去这些废物只能被填埋或倒入大海。据悉,韩国政府计划今年再建3个这样的发电站,明年再建10至20个。从韩国全国来看,利用动物粪便每年可生产出相当于36万吨石油的能源。
  丹麦和德国等国家在10多年前就开始利用动物粪便发电,这些国家对有益于生态环境的可再生能源的需求很高。韩国正在努力在2011年将可再生能源的利用率从去年底的2.27%提高到5%。