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城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术
王绍康 孙再冉
北京世纪国瑞环境工程技术

一、概述
在任何一所城市，粪便处理全部是城市环卫系统关键工作之一，这项工作不仅和城市环境有着最直接关系，同时也时刻关乎城市居民健康情况。
和发达国家相比，中国粪便处理工作开展并不成功，除京、沪、穗等大城市以外，中国大部分城市粪便处理工作还停留在比较落后原始状态，很多城市在处理粪便时使用还是直接排放入河流、湖泊或坑池方法，或将粪便运往农村，和垃圾混合后经过一段时间自然发酵，然后作为农肥施用于农田。这种方法在短期看来是一个简单、快速、直接方法，然而这种处理方法对环境造成污染，和对以后城市发展制约是不可估量。
直接将粪便排放入天然水系，不仅会直接污染地表水源，同时含粪便污水还将成为传输疾病关键路径。露天堆肥则对周围环境形成二次污染，堆放过程中渗滤液，也会严重污染地下水源，更为危险是“化粪池”不按时清掏在部分城市已经成为“定时炸弹”。以重庆为例，在进行粪便处理系统改造以前五年之中，因主城区粪便处理设施及下水道而发生爆炸事件多达22起，所以城市粪便处理设施完好是否是关系到消除安全隐患问题，很值得引发多方关注。
然而依据国外优异技术和经验，在部分国际化大城市中粪便处理不仅不是一个难题，同时已经成为城市循环经济发展关键组成部分。
由此看来，粪便处理项目标优化和现代化发展已经成为加速城市发展，推进中国城市化进程迫切要求，科学处理粪便处理问题势在必行。

二、城市粪便处理现实状况和问题
依据我们前期对全国部分大中城市粪便处理情况了解，对现有情况和问题做出以下分析，供参考：
（1）没有经过任何方法处理粪便集中排放在市/郊结合部或城市近郊，致使蚊蝇滋生、传染性病菌流放，造成疾病传输。粪便在排放过程中，大量硫化氢、氨、氮等有害气体直接排放到空气中，形成对空气二次污染，使周围居民生活和健康受到严重影响。
（2）粪便经市政管网直接排入污水处理厂，这一方法即使省去了粪便处理步骤，却加重了污水处理厂处理负荷，缩短了设备使用寿命，影响了处理效果。
（3）粪便直排过程中，粪便中大量无机盐会逐步沉淀，并夹杂着很多固化物，长时间沉淀堆积，加之污水流量缓慢，将造成管道淤积堵塞。会影响粪便污水和废水顺畅排放。
（4）大量化粪池失查失管，造成粪便无法立即处理，形成粪水外流，对大家生活环境和健康带来了恶劣影响，群众怨声载道。

三、城市粪便处理发展趋势
伴随经济快速发展和生活水平提升，人民对生活要求也在发生改变，大家越来越强调生活质量，不停地改善生活环境。多年来中国对城市环境卫生治理和改造越发重视，环境保护部门对生态城市和卫生城市有着严格要求，在粪便处理一项中明确要求：“城市粪便无害化处理率要求≥70％”，可见一个城市拥有垃圾和粪便无害化处理设施已经成为卫生达标城市硬性指标和先决条件。
在此大背景下，各级政府全部纷纷加大了城市环境卫生治理力度，不仅在政策上给予高度重视，而且在经济上给予大力支持。另外各级政府还在主动探索适宜经营管理模式，寻求最合适、高效、科学而优异管理方法，建设机械化处理、资源化模式、产业化管理粪便无害化设施，中国现在采取管理模式关键有：
政府投资，政府管理；
政府投资，企业管理，政府监督；
企业投资，企业管理，政府监督；
政府和企业共同投资，企业管理，政府监督等，
在这首先，北京已经走在了众多城市前面。北京市政府经过将机关逐步向企业单位转化方法，妥善地处理了这一问题，并在实际运行中取得很好收效，理想地实现了城市粪便无害化处理，快速改善了北京市民生活质量。

1995年原北京市环境卫生管理局引进德国固液分离设备，在北京建成第一座无害化、工业化粪便处理场，但有很多方面不能适应国情。北京世纪国瑞环境工程技术在消化、吸收引进德国设备基础上，经过多年实践探索，不停改善，逐步完成了一套成熟城市粪便处理工艺及成套设备。尤其是为适应中国国情，对固液分离设备做了重大改善，关键改善过程见下表。

时间
地点
选择设备
应用结果概况
关键技术改善项目
1995年
北京吴家常垃圾场（试验）
从德国引进第一代粪便处理工艺和设备（相当于我们企业现在生产GL1-800/6型细格栅）
当初对中国粪便介质复杂程度估量不够。选择细格栅栅缝过细造成堵网、溢筐及至停滞流不动。
栅筐加大至Φ1000mm，栅缝加大至7mm等。
1996年
北京高碑店粪便处理厂（建厂）
从德国进口栅筐为Φ1000mm，栅缝为7mm细格栅
粪便内含砖头、石子、木棒、瓦块、金属制品等带有破坏性大块固体物对设备造成损坏。且时有溢筐现象。塑料袋、衣袜、棉纱等物对水下大轴缠绕严重。人要常常下到粪箱处理缠绕。
在引进设备前安装缓冲箱，用人工捞大块物和重物、石子，工人劳动强度大，需要工人在粪箱内搅拌、挑拣。

北京方庄粪便处理站
世纪国瑞企业实现设备国产化，中国加工生产，采取栅筐为Φ1000mm，栅缝为10 mm细格栅，驱动部件进口配套。设备本体设有调整箱，设置了独立排渣螺杆，对重物、石子优异行分离。
全自动运行，杜绝了溢筐现象，去掉以前要人工预先搅拌操作设施，做到不用人工搅拌、挑拣，降低了大轴缠绕，大大改善了工人劳动强度。
采取固液分离加絮凝脱水工艺，完善粪便处理无害化。

济南城肥处理中心
固液分离设备由破碎机、转鼓螺压式细格栅（粪便分离器）、输砂螺杆、排渣/砂螺杆等集成在一个密封箱体内完成。
完成对丝织物、漂浮大块物破碎、分离、传输提升、压榨脱水。将大于0.5mm砂和进粪接收仓内接收石头、酒瓶、鞋底等大块重物经排渣螺杆将其排出装置。
采取固液分离加絮凝脱水、水解酸化 /膜生物反应器及活性炭过滤工艺，实现完善粪便处理无害化和资源化。

四、成熟、完整城市粪便处理工艺和成套设备
4.1 工艺步骤图

4.2 工艺步骤介绍
1.首先使用罐装运输车将公厕和化粪池粪便（固含量在2%～15%，COD浓度为25000mg/l~35000mg/l）运至粪便处理站。采取密闭对接方法卸载粪便，避免卸粪过程中臭气污染。
2.粪便污水进入带有除砂功效固液分离设备，同时，比重较大大块物质物质被排渣螺杆排出。粪便杂物中粒径大于12 mm以上物质被格栅去除，过滤粪水经过沉砂池时95%砂等固体物质被沉淀。。处理后滤液中固悬物含量低于5％，COD去除率约为20％左右，降低到0mg/l-28000mg/l。分离出固体物重量为总分离量2%，
1.
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5.
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7. 含水率在

5
5%～70%之间。

3.固液分离后固渣进行封闭包装后能够被送往垃圾填埋场填埋，也可直接进焚化炉销毁，不会对环境造成污染，产生灰烬可送堆肥车间做堆肥原料。

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3．
4.固液分离后液体进入粪便调整池，再进入絮凝脱水系统，脱水后液体固悬物含量约为0.05‰～0.1‰，COD去除率约为70％以上，降低到5000mg/l~8000mg/l。 直接排入市政管网不会造成管道淤积堵塞，反而会给市政污水处理系统带来有益菌体繁殖营养基。
5. 脱水处理后产生废渣进入堆肥车间，经过制肥工艺生产符合国家标准有机肥料，和传统自然沤肥相比在实施过程中不会对大气造成污染。粪肥日产量约为粪便日处理总量5％左右。

6. 脱水处理后滤液进入水解酸化 /膜生物反应器及活性炭过滤装置。水解酸化 /膜生物反应器（MBR工艺），利用膜分离设备将生化反应池中活性污泥和大分子有机物截留住，省掉初沉池和二沉池。活性污泥浓度所以大大提升，水力停留时间和污泥停留时间能够分别控制，而难降解物质在反应器中不停反应、降解，和传统生物处理方法相比含有生化效率高，抗负荷冲击能力强，出水水质稳定，占地面积小，排泥周期长，出水能够直接排放等优点。
7. 粪便污水排出废水通常全部含有大量细菌，其中部分可能属于病原菌，针对这种情况, 我们采取臭氧工艺进行消毒杀菌，将大肠杆菌及易产生肠道传染病伤寒、痢疾、霍乱和钩端螺旋体病、肠炎菌体消亡。利用臭氧消毒，不仅对病菌去除效果好，同时还能达成脱色和深入氧化去除有机物效果。

UASB反应器（上浮式厌氧污泥床） MBR膜生物反应器

8. 为达成水深度处理，采取活性炭吸附剂吸附去除水中有机物，从而降低水中三卤甲烷等物质，还能够去除水中色、嗅、味、微量重金属、合成洗涤剂、放射性物质，也可利用活性炭吸附工艺进行脱氮等。活性炭吸附工艺最大特点是能够去除水中难于生物降解或通常氧化法不能分解溶解性有机物。

a)
9. 粪便处理厂配置有除臭系统，用以去除粪便处理过程中产生臭气。生产过程中，全部臭源采取密闭或半密闭方法，并对臭气产生点进行吸风搜集，然后将臭气引入处理设备净化后经烟囱排放到大气中，做四处理厂周围无异味，不会对大气造成污染。

生物滤床除臭设备 植物液雾化喷洒除臭

如对粪便进行上述处理，只有极少一部分固体残渣需要填埋，既不会对环境造成污染，又不会影响工作人员及周围居民健康和日常生活，反而能够产生大量再生水和有机肥料，很好地实现了粪便资源化。

粪便堆肥槽及翻抛机
4.3工艺步骤详图

五、提议建站方案
鉴于中国在计划和设计市政污水处理厂时，已把处理城市生活粪便污水能力纳入其中，在建设粪便处理站时我们推荐，做到一、二级预处理，再和市政污水厂相连接。这么，即能够降低建站投资，降低运行成本，减小土地占用，预处理后滤清液又能够对污水厂起到舔加营养剂作用。其步骤以下：

六、技术参数表

1. 粪便消纳站设计进粪和出水水质

项目
PH
COD
（mg/l）
BOD5
（mg/l）
SS
（mg/l）
大肠菌群总数
（个/L）
固液分离进水

25000~35000
10000~17000
30000~90000
≥10000
固液分离出水

0~28000
5000~0
0~50000
≥10000
絮凝脱水出水

5000~8000
2500~4000
300
≥10000
膜
生
物
反
应
器
出水1
6-9
≤500
≤300
≤50
≤30
出水2
6-9
≤50
≤10
≤10
≤5
去除率？

90~99%
92~99%
50~90%
97%

注: 1．出水1为CJ3082-99《污水排入城市下水道水质标准》
2．出水2为CJ25.1—89《生活杂用水水质标准》

2．除臭工艺进/出口参数表
去除项目
除臭设备进口
除臭设备出口
去除率(%)
H2S(mg/m3)
150
< 1.5
> 90
NH3(mg/m3)
40
< 0.4
> 90

3. 有机肥检测数据
序号
检测项目
单位
实测值
1
全氮(N)
%
2.62
2
全磷(P2O5)
%
3.18
3
全钾(K2O)
%
0.55
4
有机质
%
48.7
5
水分
%
19.3
6
PH值
-
7.4
7
EC值
μs/cm
2.6*103
8
大肠杆菌
g(ml)/个
<1*10-2
9
镉(Cd)
mg/kg
4.92*10-1
10
铬(Cr)
mg/kg
17.1
11
铅(Pb)
mg/kg
17
12
砷(As)
mg/kg
14.9
13
汞(Hg)
mg/kg
11

注：以上全部数据仅供参考，应以实际测量数据或实际发生金额为准，最终解释权由北京世纪国瑞环境工程技术全部。