粪便污水处理技术和机械设备探索

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摘要：粪便污水的来源主要是公厕。对粪便进行无害化处理的要求，在部分发达国家已经基本满足。同时，欧美和日本等国家和地区甚至可以将粪便污水做到资源化、稳定化和减量化。我国对粪便污水的处理处于初级阶段。基于此种背景，对粪便污水的处理技术和机械设备的实际应用展开分析，以粪便污水的特点作为切入点，将欧美、日本和我国的粪便污水处理技术进行对比研究。

关键词：粪便污水；处理技术；机械设备

1粪便污水概述

粪便污水的定义并不明确。国外将粪便污水称为“黑水”，具体归纳为两种：一种是含有粪便物质的生活污水；另一种是厕所污水，即包含粪便和冲厕水的污水。粪便指的是不含或含有少量冲厕水的“黑水”[1]。粪便当中不仅含有有害物质，还有丰富的有机物质和氮、磷、钾，能够为农作物的生长提供养分。我国对粪便的处理方式始终以作为农业生产肥料为主。但自2000年之后，我国城市粪便污水农用的比例不断下降。在城市粪便污水失去传统处理途径期间，大部分地区选择的处理方式是将污水倾倒在城市周边的区域。这种行为和处理方式十分不合理，且已经给我国环境带来了不利影响。

2粪便污水特点

与粪便不同，粪便污水中的COD、N、P和病原菌的含量都很高，而粪便中的有机物和营养物质浓度更高，实际含量如表1所示（注：括号内为平均值）。分析可知，粪便中N、P、K的含量分别为1%、0.5%、0.37%，而有机质的含量可以达到20%，主要成分是纤维素、半纤维素等分解物。粪便当中含有大量的水，正常情况下占比在70%～80%[2]。长期以来，我国粪便污水的处理方式是输送到城市污水处理厂或者粪便集中处理场所。

3粪便污水处理技术

各国的粪便污水处理技术有所不同，可以分为欧美、日本和发展中国家3种模式，这里发展中国家以我国为代表展开分析。欧美的粪便污水处理技术是以城市污水管网和污水处理厂为基础，属于城市污水和粪便污水组合处理的高成本投入方式。日本粪便污水处理是在合并处理的基础上再进行集中处理，结合现场净化池分散处理的处理方式，属于粪便污水单独处理的中成本模式[3]。

3.1欧美国家

欧美国家早期对城市下水道的建设十分重视，基本建立了比较完善的污水排放和处理系统。从数据上分析，欧美国家的下水道普及率很高，能够达到70%以上，且大多数地区已经达到100%。尤其是英国，已经将下水道普及到了农村。按照每个地区污水处理厂中的工人数量计算，已知瑞典和法国从事污水处理工作的人在5000人左右，英国和西德能够达到7000人以上，美国则是10000人左右。其中，英国的人均下水道长度为4.51m，西德是3.35m。欧美国家的粪便污水处理技术属于高成本模式，即粪便污水由厕所经过化粪池后排入下水道，最终到达污水处理厂进行统一处理[4]。

3.2日本

日本的粪便污水处理是在1988年之后发展起来的，当年日本的下水道普及率仅达到了32%。为弥补这一现象，当时的政府在没有下水道和污水处理厂的位置都添加了净化池，为了方便粪便污水的小范围处理。当下的日本在这种设计的辅助下，粪便污水排入下水道的只占整体污水的35%，而使用净化池进行处理的占35%，剩余30%则是使用旱厕产生的粪便污水。日本的粪便污水处理对象主要是净化池和旱厕，使用的是单独的粪便污水收集和处理系统，即吸粪车将粪便污水运送到处理厂进行集中处理。实际上日本的粪便污水处理技术发展早在1954年就开始了，最初的处理方式是好氧/厌氧消化-活性污泥法。使用此种技术进行粪便污水处理，需要先将污水稀释至20倍以上。经过上述技术处理的粪便污水出水中生化需氧量（BiochemicalOxygenDemand，BOD5）以及悬浮物（SuspendedSolids，SS）浓度分别可以达到30mg·L-1和70mg·L-1，基本不能去除污水中的氮磷。直到1975年，日本开始将生物除氮技术应用到粪便污水处理工作中，才能够将污水中高浓度的氮基本去除。到1980年之后，日本的粪便污水处理技术再次升级，在净化之前不再需要污水稀释，出水也不必进行二次处理，大幅度降低了成本。这时日本使用的粪便污水处理技术是“高效反硝化→絮凝→砂滤→活性炭柱工艺”结合的方式。直到1986年，日本在粪便污水处理技术中融入了膜过滤技术，能够克服以往使用离心力分离污水的缺点。直到现在，日本平均每年都会新建25个以上的粪便污水处理厂。

3.3中国

我国仅有少部分地区的旱厕有无害处理功能，大部分地区农村处理粪便污水的方式是直接作为农家肥使用。城市中虽然有较为完善的下水道系统，但也有部分地区有旱厕。我国排水设施的构建实际上依旧在推进落实的过程中，大部分地区缺乏污水处理系统，即便有化粪池，也往往不能体现其全部价值。2020年，我国粪便污水处理效果虽然有所提升，但依旧有70%以上的粪便污水没有经过及时处理就排入自然界，存在水体污染问题[5]。

4粪便污水机械设备应用

我国大范围使用的粪便污水处理设备基本都来自D国某公司，属于进口设备。该公司的粪便污水机械设备在我国的应用情况如下。

4.1工艺流程

我国大部分地区还在使用吸粪车收集粪便污水。该公司根据我国粪便污水主要成分和实际处理需求，设计了相应的粪便污水处理工艺。具体处理工艺流程如图1所示。

4.2RO3机械结构和工作原理

若待处理的粪便污水中含有软污物和漂浮物，则可以使用该公司的RP3系列设备。我国使用的主要是该系列中的RO3.1。该设备整体是由核心机械螺旋细格栅机和全封闭式不锈钢槽组成，其中细格栅机安装在封闭式箱槽中。粪便污水在处理时可以从箱槽入口进入，在细格栅前端流入，处理后离开栅筐。这个过程中，粪便污水中的污染物会留在栅筐中。随着处理工作的落实，栅条上面会不断积累污染物质，最终在栅筐前后形成水位差。在这个水位差值达到设定数值后，机械设备中的清渣耙就会启动，将全部滤渣清除。随着旋转耙的运转，滤渣会达到栅筐的最高点，进而被排到料斗中，最终脱离到水渠之外。该设备对粪便污水分离过滤的效率高，结构紧凑，虽然占地面积不大，但最大处理量能够达到100m3·h-1。此外，该设备的运行十分稳定，可以满足长期粪便污水处理工作的需求。

4.3RO5机械结构和工作原理

事实上，粪便污水中不仅含有漂浮物，砂石等硬质杂质也是主要污染物。针对此类硬颗粒型杂质，我国某地区使用的是上述企业生产的RO5机械设备。该装置配置其生产的RO1、RO2和RO9这3种型号的细格栅机，全部安装在箱体中。机械设备启动后，可以有效去除粪便污水中的杂质。该机械设备还在箱体的底部安装了排砂螺杆和提升螺杆两种零件。在机械设备启动后，粪便污水会先经过细格栅机的栅网，分离出污水中的漂浮物，压榨脱水后排入垃圾箱。经过栅网的粪便污水会继续进入沉砂池，沉降传输的方向与污水流向设置相反，以能够同步排除粪便污水中的有机物。到了排砂螺杆的末端，粪便污水中的沉砂会进入沉沙井。工作人员只需要操作螺杆提升，就能够排出砂石。

5结语

我国目前的粪便污水基本上还在使用城市污水管网，再将污水传输到城市污水处理厂。随着我国社会的发展，将粪便污水无害化和资源化处理已经成为我国发展的必然趋势。

参考文献

[1]李清，赵卫兵，张勇，等.城镇粪便污水处理的设计与工程实践[J].环境卫生工程，2020（5）：16-20.

[2]桑士臣.畜禽养殖粪便污水处理与资源化利用分析[J].畜禽业，2020（1）：28.

[3]张文兵.铁路高浓度粪便污水处理的工艺设计[J].铁道标准设计，2019（5）：153-156.

[4]刘超，王旻.天津动车客车段粪便污水处理技术研究[J].铁路节能环保与安全卫生，2017（6）：294-297.

[5]李清，赵卫兵，张勇，等.城镇粪便污水处理的设计与工程实践[J].环境卫生工程，2020（5）：20-24.

作者：马涛 单位：太原学院