环境工程-垃圾与废弃物-成套设备及工艺技术

城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术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有限公司一、概述在任何一所城市，粪便处理都是城市环卫系统的主要工作之一，这项工作不仅和城市环境有着最直接的关系，同时也时刻关乎城市居民的健康状况。与发达国家相比，我国的粪便处理工作开展的并不成功，除京、沪、穗等大城市以外，国内大部分城市的粪便处理工作还停留在比较落后的原始状态，很多城市在处理粪便时使用的还是直接排放入河流、湖泊或坑池的方式，或者将粪便运往农村，与垃圾混合后经过一段时间的自然发酵，然后作为农肥施用于农田。这种方式在短期看来是一种简单、快速、直接的方法，然而这种处理方式对环境造成的污染，以及对今后城市发展的制约是不可估量的。直接将粪便排放入天然水系，不仅会直接污染地表水源，同时含粪便的污水还将成为传播疾病的主要途径。露天堆肥则对周围环境形成二次污染，堆放过程中的渗滤液，也会严重污染地下水源，更为危险的是“化粪池”不按时清掏在一些城市已经成为“定时炸弹”。以重庆为例，在进行粪便处理系统改造以前的五年之中，因主城区粪便处理设施及下水道而发生的爆炸事件多达22起，因此城市粪便处理设施完好与否是关系到消除安全隐患的问题，非常值得引起多方的关注。然而根据国外的先进技术和经验，在一些国际化的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的重要组成部分。由此看来，粪便处理项目的优化和现代化发展已经成为加速城市发展，推动我国城市化进程的迫切要求，科学解决粪便处理问题势在必行。二、城市粪便处理的现状和问题根据我们前期对全国一些大中城市粪便处理状况的了解，对现有情况和问题做出以下分析，供参考：（1）没有经过任何方式处理的粪便集中排放在市/郊结合部或城市近郊，致使蚊蝇滋生、传染性病菌流放，造成疾病传播。粪便在排放过程中，大量的硫化氢、氨、氮等有害气体直接排放到空气中，形成对空气的二次污染，使附近居民的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，这一方式虽然省去了粪便处理的环节，却加重了污水处理厂的处理负荷，缩短了设备使用寿命，影响了处理效果。（3）粪便直排过程中，粪便中的大量无机盐会逐渐沉淀，并夹杂着许多固化物，长时间的沉淀堆积，加之污水流量缓慢，将造成管道的淤积堵塞。会影响粪便污水和城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术2废水的顺畅排放。（4）大量化粪池失查失管，导致粪便无法及时处理，形成粪水外流，对人们的生活环境和健康带来了恶劣影响，群众怨声载道。三、城市粪便处理的发展趋势随着经济的快速发展和生活水平的提高，人民对生活的要求也在发生变化，人们越来越强调生活的质量，不断地改善生活环境。近年来我国对城市环境卫生的治理和改造越发重视，环保部门对生态城市和卫生城市有着严格的要求，在粪便处理一项中明确规定：“城市粪便无害化处理率要求≥70％”，可见一个城市拥有的垃圾和粪便的无害化处理设施已经成为卫生达标城市的硬性指标和先决条件。在此大背景下，各级政府都纷纷加大了城市环境卫生治理的力度，不仅在政策上予以高度重视，并且在经济上予以大力支持。此外各级政府还在积极摸索合适的经营管理模式，寻求最恰当、高效、科学而先进的管理方式，建设机械化处理、资源化模式、产业化管理的粪便无害化设施，我国目前采取的管理模式主要有：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，在这一方面，北京已经走在了众多城市的前面。北京市政府通过将事业单位逐步向企业单位转化的方式，妥善地解决了这一问题，并在实际运营中取得非常好的收效，理想地实现了城市粪便的无害化处理，快速改善了北京市民的生活质量。1995年原北京市环境卫生管理局引进德国的固液分离设备，在北京建成第一座无害化、工业化粪便处理场，但有诸多方面不能适应国情。北京世纪国瑞环境工程技术有限公司在消化、吸收引进德国设备的基础上，经过多年的实践摸索，不断改进，逐渐完成了一套成熟的城市粪便处理工艺及成套设备。特别是为适应我国国情，对固液分离设备做了重大改进，主要改进过程见下表。时间地点选用设备应用结果概况主要技术改进项目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以及设备（相当于我们公司现在生当时对我国粪便介质复杂程度估计不够。选用的细格栅栅缝过细导致堵网、溢筐及至停滞流不动。栅筐加大至Φ1000mm，栅缝加大至7mm等。城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术3产的GL1-800/6型细格栅）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的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。人要经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。2001年北京方庄粪便处理站世纪国瑞公司实现设备国产化，国内加工生产，采用栅筐为Φ1000mm，栅缝为10mm的细格栅，驱动部件进口配套。设备本体设有调节箱，设立了独立排渣螺杆，对重物、石子先进行分离。全自动运行，杜绝了溢筐现象，去掉以前要人工预先搅拌的操作设施，做到不用人工搅拌、挑拣，减少了大轴缠绕，大大改善了工人的劳动强度。采取固液分离加絮凝脱水工艺，完善粪便处理无害化。2005年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的砂与进粪接收仓内接收的石头、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、完整的城市粪便处理工艺和成套设备4.1工艺流程图城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术44.2工艺流程简介1.首先使用罐装运输车将公厕和化粪池的粪便（固含量在2%～15%，COD浓度为25000mg/l~35000mg/l）运至粪便处理站。采用密闭对接的方式卸载粪便，避免卸粪过程中臭气污染。2.粪便污水进入带有除砂功能的固液分离设备，同时，比重较大的大块物质物质被排渣螺杆排出。粪便杂物中粒径大于12mm以上的物质被格栅去除，过滤的粪水经过沉砂池时95%的砂等固体物质被沉淀。处理后的滤液中固悬物含量低于5％，COD去除率约为20％左右，降低到20000mg/l-28000mg/l。分离出的固体物重量为总分离量的2%，含水率在55%～70%之间。城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术53.固液分离后的固渣进行封闭包装后可以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，产生的灰烬可送堆肥车间做堆肥原料。4.固液分离后的液体进入粪便调节池，再进入絮凝脱水系统，脱水后液体的固悬物含量约为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的淤积堵塞，反而会给市政污水处理系统带来有益菌体繁殖营养基。5.脱水处理后产生的废渣进入堆肥车间，通过制肥工艺生产符合国家标准的有机肥料，与传统自然沤肥相比在实施过程中不会对大气造成污染。粪肥的日产量约为粪便日处理总量的5％左右。6.脱水处理后的滤液进入水解酸化/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的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉初沉池和二沉池。活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间和污泥停留时间可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断的反应、降解，与传统的生物处理方法相比具有生化效率高，抗负荷冲击能力强，出水水质稳定，占地面积小，排泥周期长，出水可以直接排放等优点。7.粪便污水排出的废水通常都含有大量细菌，其中一些可能属于病原菌，针对这种情况,我们采用臭氧工艺进行消毒杀菌，将大肠杆菌及易产生肠道传染病的伤寒、痢疾、霍乱以及钩端螺旋体病、肠炎的菌体消灭。利用臭氧消毒，不仅对病菌去除效果城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术6好，同时还能达到脱色和进一步氧化去除有机物的效果。UASB反应器（上浮式厌氧污泥床）MBR膜生物反应器8.为达到水的深度处理，采用活性炭吸附剂吸附去除水中的有机物，从而降低水中的三卤甲烷等物质，还可以去除水中的色、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的特点是可以去除水中难于生物降解或一般氧化法不能分解的溶解性有机物。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的臭气。生产过程中，所有臭源采取密闭或半密闭措施，并对臭气产生点进行吸风收集，然后将臭气引入处理设备净化后经烟囱排放到大气中，做到处理厂周边无异味，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附近居民的健康和日常生活，反而可以产生大量的再生水和有机肥料，很好地实现了粪便资源化。城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术7粪便堆肥槽及翻抛机4.3工艺流程详图吸风管道污水泵电气控制柜显示屏风机雾化泵显示屏电气控制柜液体搅拌系统污水输送系统泵4除臭间风管管线风管消声器风机排气管除臭反应塔高压管雾化泵配液存储箱砂石大块物分解细格栅除沙重锤阀固液分离间泥浆管线2调节池、地下泵房1固液分离间3脱水间脱水间泥浆管线刀阀刀阀刀阀止回阀止回阀接粪口吸风口球阀碟阀球阀流量计除沙破碎固液分离机地面泵泵泵泵地下泵房池底池面互沟反冲管路强排反冲调节池粪水型污泥脱水机中水泥泵泥箱水箱水泵加药泵反应罐自来水絮凝剂制备装置脱水流程流量计加药环中水溢流返回出渣间出渣间型转鼓破碎机型排渣螺杆型细格栅型提沙杆中水泵除臭液箱自来水自来水、中水管线混合药剂管线泵房泥浆管线无轴螺旋传输机排渣螺杆细格栅破碎机推沙螺杆除臭泵电气控制柜显示屏显示屏电气控制柜泥泵絮凝药箱药泵流量计泥泵流量计药泵脱水机无轴螺旋传输机清水泵曝气管曝气管膜生物反应器膜鼓风机吸引泵清水池5膜生物反应器反应器回用作清洗水储气系统燃烧利用城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术8五、建议建站方案鉴于我国在规划和设计市政污水处理厂时，已把处理城市生活粪便污水的的能力纳入其中，在建设粪便处理站时我们推荐，做到一、二级预处理，再与市政污水厂相连接。这样，即可以减少建站投资，降低运行成本，减小土地的占用，预处理后的滤清液又可以对污水厂起到舔加营养剂的作用。其流程如下：六、技术参数表1.粪便消纳站设计进粪和出水水质项目PHCOD（mg/l）BOD5（mg/l）SS（mg/l）大肠菌群总数（个/L）固液分离进水25000~3500010000~1700030000~90000≥10000固液分离出水20000~280005000~2000020000~50000≥10000絮凝脱水出水5000~80002500~4000300≥10000膜生物反应器出水16-9≤500≤300≤50≤30出水26-9≤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》城市粪便无害化处理成套设备及工艺技术92．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)1501.590NH3(mg/m3)400.4903.有机肥检测数据序号检测项目单位实测值1全氮(N)%2.622全磷(P2O5)%3.183全钾(K2O)%0.554有机质%48.75水分%19.36PH值-7.47EC值μs/cm2.6*1038大肠杆菌g(ml)/个1*10-29镉(Cd)mg/kg4.92*10-110铬(Cr)mg/kg17.111铅(Pb)mg/kg17