浅析城市粪渣处理厂主体设备比较与选择

肖仲华，黄超，叶志敏,3，赵雪媛，张彪，王松林

（1.湖北省工业建筑集团公司；2.华中科技大学环境科学与工程学院，湖北 武汉 430074；3.深圳同创环保科技有限公司，广东 深圳 518051）

1 粪便处理现状

由于城市污水处理设施没有与基础设施建设同步发展，为减轻生活污水排入尚未建成终端污水处理厂的市政管道或直接排入河道造成的环境污染，民用建筑和公共建筑排出的生活粪便污水必须先流经化粪池处理后才能排入市政污水管道或水体中，所以化粪池截留的大量粪渣污泥，需要及时清运、无害化处理及最终处置。

目前，由于缺乏相应的粪便处理设施，大部分城市仅仅靠环卫部门和清洁服务公司用吸粪车抽取收集粪渣，直接送至垃圾填埋场与垃圾混合处置，带来了潜在的环境污染和健康影响。粪渣污泥向城区附近的荒野空地、鱼塘，甚至向河道中违法倾倒的事件，给周边环境带来了严重的污染。为此，急需建设粪渣处理厂，从根本上解决化粪池粪渣污泥无害化处理及最终出路问题。

2 粪渣污泥特性

对南方某城市化粪池采样点的粪便进行了检测，检测方法分别按GB/T14769、GB9834、GB/T10725 等方法进行。检测结果如表1 所示。

表1 化粪池粪渣性状参数

3 粪渣处理工艺确定

粪渣处理工艺主要有3 种：高温好氧堆肥工艺（机械脱水、泥饼好氧高温堆肥）、湿式厌氧消化工艺（湿式厌氧消化、机械脱水、泥饼好氧高温堆肥）、干式厌氧消化（机械脱水、泥饼干式厌氧消化、残渣好氧高温堆肥）。工艺技术上均为可行的工艺，但就减量化、无害化、资源化、投资、技术成熟性等情况进行分析，厌氧消化工艺与好氧高温堆肥工艺相比，其资源化程度较高，但在规模生产中并不很成熟，运行管理也较复杂，实际工程规模相对较小，产气率低，运行耗能大，维护较难，由于加入厨余垃圾，导致工艺难度加大，工艺产生的沼气利用方式受到周边环境限制，沼气量不大，单独上沼气发电机组不经济。为此，采用好氧高温堆肥工艺作为首选工艺。

4 主要生产工艺、设备比选

好氧高温堆肥工艺的主要工艺过程为：吸粪车收集的粪渣污泥直接运至处理厂，吸粪车进入卸料间后，将粪渣排入粪渣接受槽内并进入格栅机，经格栅去除粪渣污泥中卫生巾等大颗粒固体物质。去除杂物的粪渣污泥经脱水机脱水后生成含水率为75%的脱水泥饼。脱水泥饼经过调节（调节含水率、碳氮比等）进入堆肥工段，经过一段时间高温好氧发酵后，形成腐熟堆肥产品。脱水浆液进污水处理站合并处理。整个生产过程中产生恶臭气体的生产单元均进行恶臭气体控制（密封设备、强制排风等），强制排风收集的恶臭气体统送至恶臭气体处理系统。

4.1 固液分离工段主要工艺设备选择

固液分离工段主要完成粪渣中较大杂物及沉砂的分离，粪渣浓缩脱水产生泥饼，降低浆液中的有机物含量。

分离杂物与沉砂的主要设备是格栅，但格栅为非密闭式运行，栅上物不能直接进行脱水，操作环境较差。粪渣散发的臭气强度较高，必须在生产过程中保证密闭性；并且粪渣含有砂类物质，除浮渣的同时需要除沉砂。螺旋格栅除渣除砂一体化设备在密闭条件下运行，其去除的栅渣和沉砂均经过自动冲洗并同时脱水，有利于后续栅渣和沉砂外运，运行稳定，操作环境好，管理方便。

生产泥饼的主要设备是浓缩脱水机。脱水设备有板框压滤脱水机、带式浓缩脱水一体机、离心脱水机、螺压式污泥浓缩脱水机等。带式浓缩脱水一体机在污水处理行业应用较广泛，但密闭性一般、脱水泥饼含水率达到75%时的消耗较大、对污泥中杂物的适应性较差。螺压式污泥浓缩脱水机的整个运行过程均在密闭状态下自动进行，操作环境好，泥饼含水率可达到75%，在国内多家粪渣污泥处理厂使用。

4.2 好氧高温堆肥工艺设备选择

好氧高温堆肥主要有以下优点：有机物分解彻底；堆肥周期短；臭味小，不滋生蚊蝇；为易于实现机械化操作；无害化效果好，能提供杀灭病原体所需的热量，由于在高温下灭活，其热灭活作用不可逆，更有利于环境保护。采用高温堆肥工艺即可充分利用粪渣污泥中丰富的氮、磷、钾等资源，又可杀灭其中的蛔虫卵等致病菌，从而实现粪渣污泥的无害化、资源化。

在堆肥工艺整个流程中，泥饼或干物料需要通过输送设备进行转输、衔接。粪渣处理厂由于需要输送的物料较多，同时要考虑各构筑物的平面布置，部分物料无法进行简单的水平或垂直提升输送，而必须进行水平折线和垂直提升输送。如采用传统的输送设备就必须通过多个输送设备转输才能达到工艺需求，由于输送设备和输送环节增多，会使设备的运行自控复杂、整个输送系统的安全可靠性降低、占用较大空间位置及浪费土地、安装及维护困难、环境与景观较差。根据市场调研，污泥管道输送系统可以代替传统复杂的输送系统，通过浓料泵以高压、高浓度、长距离、全封闭的管道输送方式为泥状或干物料的复杂输送系统提供最佳的解决方案，设备简单，自控和维护方便；输送管道可以任意转弯，平面和空间布置灵活，安装简单；输送管道密封性好，物料输送安全可靠；环境与景观较优。缺点是设备价格相对较高。

4.3 恶臭气体处理工艺选择

粪渣分解产生的氨、硫化氢、甲硫醇等物质，是粪渣对环境污染的重要方面，因此，在粪渣的收集、贮存、运输、处理时，必须采取相应的恶臭气体控制和处理措施。恶臭气体净化通常通过吸附、吸收、焚烧、催化燃烧、化学氧化及生物处理等物理、化学或生物过程脱除恶臭气体中的氨、硫化氢和甲硫醇等污染物。若按所用除臭材料性质划分，恶臭气体净化工艺可概括地分为湿式除臭工艺、干式除臭工艺及湿式干式组合除臭工艺。粪渣处理厂恶臭气体处理工艺是以生物滤池（干式段）为核心处理技术，由于粪渣污泥散发的恶臭气体成分复杂，因此，在生物滤池前增加碱吸收塔和水洗涤塔（湿式段）的预处理工段，以确保生物过滤器有效运行。

5 工艺设计

5.1 设计原则

（1）采用成熟、可靠、先进的工艺技术与设备，实现城市粪渣的无害化和资源化，并确保处理系统高效稳定运行；（2）厂区布局力求紧凑、合理，物料流向恰当，节省占地与投资；（3）选用具有较大的灵活性和较强的抗冲击负荷能力的工艺技术与设备，以适应粪渣清运量波动大的特点；（4）选用经济合理、清洁、环保的工艺流程，注重生产过程中的恶臭气体与污水控制，防止二次污染；（5）加强生产过程中的自动化控制，简化操作程序，降低劳动强度。

5.2 工艺流程

粪便处理厂工艺流程如图1 所示。

图1 粪便处理厂工艺流程图

主要工段包括：

（1）除渣除砂及贮存。吸粪车进厂经地磅计重，至细格栅间卸料区，吸粪车出料口与受料槽的受料口对接，粪渣排入受料槽，而后进除渣除砂一体化设备处理后，自流进入污泥贮存池。一体化设备清除的栅渣和沉砂用袋封装，运至垃圾填埋厂处置。污泥贮存池内的污泥由同步排吸泵输送到污泥脱水间的污泥中间池，以待脱水。

（2）污泥脱水。污泥经同步排吸泵由污泥贮存池提升至污泥中间池，污泥脱水机的配套给料泵从污泥中间池将污泥压入螺压脱水机，并在压力管道中与絮凝剂混合（设置混合器）。经螺压脱水机脱水后形成的泥饼※※由螺旋输送机送至混料间，脱水后产生的滤液排至污水处理站处理。

（3）辅料制备。为保证发酵效果，脱水泥饼发酵前必需加调整料，调整料主要有两部分：回流堆肥、木屑。木屑由园林绿化裁剪下来的树枝粉碎后制备。辅料生产车间设有粗料储存棚、粉碎间、成品辅料贮仓。辅料粉碎共设两级，每级设一台粉碎机，仓库需备用常换部件如刀片等。

（4）混料、筛分、打包。混料的目的是将脱水泥饼、回流堆肥和木屑按一定比例进行混合均匀，达到堆肥的工艺要求（含水率、碳氮比、孔隙率等）。混料设备采用双螺旋混料机，混合后的堆肥物料通过浓料泵输送至发酵仓内。筛分的目的是将堆肥好的物料进行分选，筛上物作为回流堆肥，筛下物作为成品肥料。筛分设备采用滚筒筛，筛上物通过皮带输送机和斗式提升机输送至混料储存仓，筛下物通过皮带输送机输送至成品临时储存仓由浓料泵输送至打包机打包储存或成品装车储存仓。打包储存的目的是将将成品肥料打包储存或散装外运。

（5）好氧高温堆肥采取仓式发酵工艺。由污泥脱水间无轴输送机送来的污泥、浓料泵送来的调整辅料、回流堆肥螺旋输送机送来的回流堆肥在混料输送机的充分搅拌后送入发酵仓的布料系统，均匀分布在仓内发酵。发酵仓采取序批式运行方式，在同一发酵仓内完成一次发酵后，可以控制发酵仓的运行条件，继续完成二次发酵的过程。一次发酵周期为10 天，控制温度为55 ～70℃，一次发酵单仓理论通风量为36m3/min。通风量要根据堆体温度、堆体内氧气量综合确定，采用间歇通风方式进行运行。二次发酵周期为14 天左右。

（6）恶臭气体处理采用湿式干式组合工艺，在生物滤池前增加碱吸收塔+水洗涤塔（湿式段）的预处理工段，可降低生物滤池的负荷，以确保排放达标。预处理工段主要去除气体中的尘、硫化氢等物质，干式段采用生物过滤器，其内设有多孔、比表面积较大的填料，可去除恶臭气体中的大部分的发臭物质，如硫醇类等。生物滤池填料选用适合于微生物黏附及活动的多孔木质材料，以微生物生化处理为主，微生物附着于生物过滤器内的填料上。