常温水解预处理对粪便污水性质的影响研究

姚一思 戴一鸣 朱成豪 王欣娟

摘要：通过试验，分析了室温条件下水解预处理对温州某粪便厂粪便原液及调节池出水的影响。试验结果表明：水解预处理可改善粪便原液的水质，CODcr、氨氮及总氮均可达到纳管标准;此外，水解预处理可调节粪便原液的CODcr/TN，可作为污水厂进水的补充碳源。

关键词：粪便;生活污水;水解预处理

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章編号：1674-9944（2018）10-0077-05

1引言

粪便是人类活动过程中不可避免的产物，粪便中含有病菌和寄生虫卵，人类的某些疾病会通过粪便传播。合理的处理和处置粪便对保护环境和人类健康有着重要的意义。许多城市也已认识到粪便问题是城市环境保护发展战略必须解决的紧迫问题。

目前，我国正在学习欧美发达国家的污水与粪便合并处理系统的模式，但由于我国城市排水系统尚不完善，粪便处理系统的建立捉襟见肘。根据国家的产业政策，到2025年才能实现城市排水管网的普及率达到85%，污水的处理率达到50%～60%。因此，我国城镇粪便处理工艺技术应采取多种模式并存的发展战略。

温州某粪便厂处理规模为150t/d，粪便处理过程中会产生废渣及高浓度废水，废水单独处理的达标投资及运行成本均较高，而污水处理厂紧邻粪便处理厂，实际进水存在污染物浓度低，C/N偏低现象，脱氮碳源相对不足。为此，首先通过试验研究改善粪便出水水质的方法，其次探究粪便作为污水厂进水补充碳源的可行性，从而达到不同污染物综合处理的目的。旨在探讨一种技术可行、经济合理的粪便处理方法，对指导粪便处理厂的建设具有重要意义。

2粪便处理厂现状

运载粪便的吸粪车经过地磅称重后，实现自动记录，然后进入粪便处理厂卸粪间。通过密闭对接的方式，将粪便排入完全密闭的固液分离设备。固液分离设备由回转式粗格栅（图2）、一体化分离机（图3）、R03.1固液分离机、输砂螺杆、排渣/砂螺杆等组成，具备大块物分拣、粪液的除砂、过滤、传输、压榨脱水等，功能并且设备全密闭、全自动运行。固液分离箱体内的液位探测装置自动探测液位并传输信号，自动启动设备运行;丝织物、漂浮大块物被栅孔为12mm的细格栅分离，并传输提升、压榨脱水后排出装置，掉入输送机（或垃圾袋），穿流过固液分离的滤出液排入调节池。调节池内排污泵对粪液进行水力搅拌，杜绝了粪液表面结痂和池底沉淀的可能，同时将池内粪液泵入储粪罐。储粪罐与污泥螺杆泵相连，由污泥螺杆泵输送的粪便与加药装置制备的絮凝液以合适的比例充分混合进入脱水机的反应罐，充分絮凝后流入脱水机（图4），脱水机与其配套的无轴螺旋输送机联动，将脱水机排出的渣运出。脱水机滤液排出系统，进入厂区污水管网，并最终送污水处理厂合并处理。粪便预处理工艺流程图如图1所示。

3水解预处理试验

3.1试验材料与装置

城市粪便取自温州市某粪便处理厂的来料和调节池出水。

水解装置2套（见图5），采用8L水解装置（包括搅拌机）。

3.2样品采集、分析项目与方法

试验数据采集：①取样点1：粗格栅前粪便原液;取样点2：调节池出水。②分别取8L水样加入水解槽，搅拌速度为200r/min，室温下进行，每天24h连续运行。③取样时间为ld、2d、4d、6d、8d、11d、14d和17d。

3.3测试指标及方法

水样测试指标及方法如表1所示。

4结果与分析

表2所示为处理厂粪便原液、调节池出水及脱水上清液（最终出水）的主要水质指标，从表中可见调节池出水的CODcr、TN、NH3-N相对于粪便原液有异常的升高，分别为粪便原液的2.1、2.3、2.4倍。粪便原液通过粗格栅、一体化分离机和固液分离机处理后，均会产生部分排渣排出系统，进入调节池中的污水CODCr、TN、NH3-N浓度必定会有一定的降低，推测这种异常升高的原因是由于该粪便厂在实际运行中接收了一定量的其他高浓度废水。

调节池中的污水经加药脱水后各指标都有一定程度的降低，相对于调节池出水脱水上清液中CODcr去除了20.3%，TN降低了50.0%，NHa-N降低了53.2%，TP去除了57.1%。污染物主要通过絮凝沉淀的方式进入固相，从污水中分离出去。

脱水上清液和粪便原液的各项指标对比《污水排入城镇下水道水质标准》（CJ343-2010），均远超纳管标准，无法直接排入市政管网进入污水处理厂。

4.1TN、NH3-N、TP的变化

从图6中可见，TN、NH3-N随处理时间的增长均呈下降趋势，且最后趋于稳定。粪便原液的最终TN和NH3-N浓度分别为27.1mg/L和6.3mg/L，去除率分别为77.5%和93.3%，可见水解处理对粪便中TN和NH3-N的去除效果显著，且这两项指标满足纳管标准;而TP呈现震荡下降趋势，最终的浓度为33.1mg/L，去除率为20.0%，不满足纳管标准。

从图7中可以发现，调节池出水水样经水解处理后，TN、NH3-N随处理时间也呈下降趋势。最终TN和NH3-N浓度分别为100.8mg/L和51.3mg/L，去除率分别为28.4%和50.7%，显然水解处理对调节池出水水样处理效果劣于水解处理对粪便原液的效果，并且该水样的最终水质不满足纳管标准;TP在水解处理过程中也呈现震荡下降趋势，最终浓度为29.6mg/L，去除率为24.5%，也达不到纳管标准要求。

水解处理过程中，TN和NH3-N浓度的降低是由于在有氧条件下，污水中的微生物通过呼吸作用将一部分可降解有机物分解代谢产生能量并产生NH。溢出，另一部分用于合成细胞物质，使得微生物不断分裂增殖，进而形成了污泥絮体，因此水体中的TN和NH。一N浓度明显降低;此外，TP有一定的程度降低，这也只可能是少量P元素被微生物利用吸收了，从而使P元素从水体中分离出去，这进一步说明水解过程中微生物在不断增殖并形成了污泥絮体。此外，污水下层局部区域可能存在厌氧区，发生了反硝化反应，促进了TN和NH3-N浓度降低。

4.2CODcr的变化

从图8和图9可以看出，水解处理可降解粪便原液及调节池出水的CODcr，截至试验结束，CODcr仍呈现下降趋势，CODCr的去除率分别为53.9%和52.0%，两种水样的CODCr去除率均大于50%，说明可生化性较好。此外，粪便原液的CODe。在第17d时已经降低至489mg/L，满足纳管标准（500mg/L），而调节池出水最终的CODcr浓度为1090mg/L，不滿足纳管标准。

两组试验在开始的几天，CODcr去除速度很快，推测微生物正处在增殖期，水体中的有机物被大量的消耗;随后似乎进入了内源呼吸期，一段时间内CODe。浓度几乎保持不变，或者CODcr去除速度缓慢;最后系统又重新回到了增殖期，粪便原液在第4d开始，而调节池出水在第11d才开始。决定水中微生物活体数量和有机物去除速度快慢的主要因素是环境中营养物质量的多寡，因此出现重新进入增殖期现象，说明水体中的营养物质再次富裕，造成这种情况的原因可能是通过一定时间的水解处理，部分难降解的大分子有机物分解为易降解的小分子有机物，微生物重新处在富营养的环境中，因此增殖迅速，CODcr去除速度也相应增加。

4.3pH值的变化

从图10中可见，调节池出水的pH值基本稳定在6.5左右，而粪便原液的pH值随着水解处理的时间变化呈先平稳后下降的趋势，前8d基本也稳定在6.5左右，从第8d开始明显降低，第17d时pH值为4.22。由此推测，粪便原液水解过程前期主要以微生物增殖为主，当菌群数量足够时，粪便原液中大量的易降解有机质很快被产酸菌酸化成有机酸，因此pH值显著降低;而调节池中混入的应该是相对难降解的废水，有机质需要更长的时间才能被分解为易吸收的小分子有机物，因而在试验过程中尚未进入产酸阶段。

4.4水解预处理对水样CODcr/TN的影响

从图11可知，两种水样的CODcr/TN在水解处理过程中都出现先升高后降低的状况，粪便的CODcr/TN最高值和最低值分别为37.75和8.51，调节池出水的最高值和最低值分别为20.14和10.81，最高值均出现在试验第11d。

由表3可见，只有粪便原液第11d的CODcr/TN小于100：3，可调节污水厂进水COcr/TN至好氧法的最佳值（100：3），污水厂进水与粪便原液（第11d）配比为5：27;150t的粪便原液经水解处理后，可作为碳源，与27.7t的污水厂进水混合为最佳的营养配比，从而达到协同处理的目的;调节池出水可提高污水厂的CODcr/TN，但难以达到好氧条件下的最佳的CODcr/TN;粪便原液和调节池出水均不可将污水厂进水调节至厌氧条件下的最佳配比（100：1）。

两种水样中的P元素含量过高，须减少其中的P元素含量，这两种水样方可作为碳源投加。因此，粪便原液和污水厂协同处理理论上是具有可行性的。

5协同处理可行性探讨

粪便污水容易对污水厂水质产生影响，粪便污水中的高氨氮和COD浓度会对污水厂的进水水质产生冲击，但是可以通过控制两者的混合比例，降低粪便污水的冲击，确保额外增加的负荷对城市污水处理厂的要求，从而实现污水的妥善处理。通常，混合比例应控制在0.5%以下。该粪便处理厂处理规模为150t/d，毗邻污水厂处理规模为10万m3/d，混合比例为0.15%。TN和COD作为混合后污水的重要指标，也要对指标变化量进行控制，保证指标变化比例不超过10%。这样可以使污水处理厂的处理效果免受粪便污水的影响。如表4所示，各指标均不超过10%，因此毗邻污水厂可在不影响处理效果的情况下接纳本粪便处理厂污水。

其他研究者也推荐粪便污水与城市污水合并处理，刘兰英通过试验证明粪便污水和渗滤液是可以与城市污水一同进行处理的，而且处理效果比较好;此外，郝晓地等早在2006年就提倡利用集中式污水处理厂的城市（城镇）可以完全取消化粪池。

6试验结论

（1）粪便原液和调节池出水的可生化性能均较好，经过17d的水解处理CODcr的去除率分别为53.9%和52.0%，且粪便原液第17d时的CODcr含量为489mg/L，CODcr浓度满足纳管排放标准。

（2）粪便原液的TN和NH3-N去除率较高，分别为77.5%和93.3%，最终浓度分别为27.1mg/L和6.3mg/L，均可达到纳管标准;粪便原液经过水解处理后，TP浓度为33.1mg/L，pH值为4.22，没有满足纳管要求，须再经过除磷及调节pH值等处理后方可达到纳管标准。

（3）水解处理可以提高粪便原液和调节池出水的CODcr/TN，粪便和调节池出水的最高值为37.75（100：2.6）和20.14（100：5）;粪便原液可作为污水厂进水的补充碳源，按照污水厂进水与粪便原液5：27的配比可将污水厂进水调至好氧条件下的最佳配比（100：3）。

（4）粪便处理厂应优化管理，防止其他污废水进入本系统;建议增大调节池的停留时间，并设置搅拌装置，从而达到常温水解处理的效果，达到调理粪便污水水质的作用，使得出水满足纳管标准，也可提高粪便污水的碳氮比，从而作为补充碳源进入市政污水处理厂。

参考文献：

[1]王士芬，夏群，城市粪便处理技术及方法[J].环境卫生工程，2000，8（1）：14～16.

[2]陈朱蕾，唐赢中，中国城市粪便的可持续利用研究J].城市环境与城市生态，1998，12（2）：42—49.

[3]陈朱蕾，国内外城市粪便处理系统模式比较的研究[J].武汉城市建设学报，2000，17（1）：48～51.

[4]都青旗.垃圾渗滤液的深度处理实践[J].北方环境，2013（11）：33-34.

[5]刘兰英.粪便污水、渗滤液与城市污水合并处理效果研究[J].绿色科技.2012（8）;151～152.

[6]郝晓地，赵靖，李俊奇.集中式污水处理厂取代化粪池可行性分析[J].水资源保护，2006，22（4）：85～87.

[7]陈绍华，杜冬云，清江流域畜禽粪便产生量估算及环境效应分析[J].中南民族大学学报（自然科学版），2017（2）：15—20.