糞便真空收集系統及生化技術研究
糞便是人體消化系統和泌尿系統的生理排泄物，含有豐富的有機物和氮、磷、鉀成分，是農業的傳統有機肥料和良好的土壤調節劑。
糞便中的有機物和氮、磷等物質若被直接排放，會造成水質污染，散發含氨、硫化氫、硫醇、硫醚等惡臭成分的有害氣體，病人的糞便還含有多種腸道致病菌、寄生蟲卵和病毒，據有關資料顯示，發展中國家約70%的疾病與糞便的生物性傳染有關.因此，按照減量化、無害化和資源化的原則來處置我國城鄉糞便具有重要的現實意義.據1997年統計，我國的668座設市城市年清運糞便2900萬t，做到無害化處理的不到1/2，大部分是經過化糞池的簡單處理就被直接排放，糞渣沒有妥善處置.我國近40%的設市城市缺乏完善的下水管網，污水處理廠嚴重不足，很多污水處理廠也因運行費用等多種原因不能正常運行，造成全國90%以上的污水糞便沒有得到無害化處理就被直排江河湖海，致使城市流經河段86%的水質超標.農村糞便雖多用作糞肥，但大部分未經衛生收集和無害化處理，而是被直接施于農田或排放，不僅影響農作物吸收，嚴重惡化周邊環境，還導致了疾病傳染.造成上述情況的原因中，糞便的收運方式和資源化技術落后是兩個癥結所在。
我國城鎮現行的糞便收運系統大多直接由重力沖水廁所、化糞池、黑水與灰水的混合排污管網或吸糞車等組成.重力沖水廁所的大耗水量和黑水與灰水的混合排污使糞便的固含量大幅度下降，旱廁糞便的固含量是6%～9%，而重力沖水廁所糞便的固含量還不足0.1%，已嚴重喪失了其原有的利用價值，只能通過化糞池和有待完善的污水處理廠進行無害化處理.另外，污水處理廠的污泥中混入了大量重金屬和有毒難降解物質，不宜用作農田肥料進入食物鏈，糞便的流失和污染也就難以避免。
針對上述情況，華中科技大學環境科學與工程學院研制開發了糞便真空收運系統.它是由真空便器 (或真空吸糞器)、真空破碎抽吸器(收集有機廢棄物)、閥件、管網、真空泵、真空罐、排污泵及控制柜等組成[2]。該系統利用真空泵抽取真空罐及真空管網內的空氣形成相對真空，使真空管網具有抽吸污物的能力.隨著各類閥門的相應動作，進入管網的糞便被逐級輸送，最終進入真空罐內.和傳統的糞便收運系統相比，它具有下述特點：
a.節水.真空便器的沖水量約為1L/次，是重力沖水廁所的1/6～1/9.
b.糞便與生活灰水被獨立收集，可使灰水的中水回用成本降為原來的1/2～1/3.
c.糞便的固含量約為1.7%，是重力沖水廁所的20倍，有力促進了糞便的資源化
d.衛生.真空管道臭氣控制好，不易招惹蚊蠅造成二次污染.
e.適用性強.管徑小(U50～U250)，管道可上升4～5m，工作半徑達3～4km.系統終端入戶數不限，可多至幾千套，系統越大工作越穩定，尤其適合于人口相對分散、缺水及遠離污水處理廠的地區.
f.經濟性.達到一定規模后，一次性建設投資低于傳統收運系統，若考慮節水費用及制肥效益，還可產生一定量的經濟效益.
此外，真空收運系統中的破碎抽吸器與真空管網相接，可破碎、收運廚余物等易腐性垃圾，和糞便混合后制肥，做到了城市生活垃圾的減量化及資源化.
2真空收運系統糞便的生化技術
針對有資源化價值的高濃度糞便(如真空收運系統收集的糞便)，傳統的無害化、資源化工藝有兩種：厭氧消化和高溫好氧堆肥.厭氧消化是將糞便排入消化池，在無氧條件下，利用厭氧微生物的作用，使有機物經液化、氣化(沼氣)而分解成穩定的物質，大多數病菌、寄生蟲卵被殺滅，固體達到減量化和無害化的方法.其不足之處是運行周期長、占地面積大、易受溫度影響且處理液難以達到排放標準.高溫好氧堆肥是將有機物脫水，加入除臭、發酵微生物菌種和調整物料混合后，在一次發酵倉、二次發酵倉進行為期10～30d的動態、強通風發酵，固體轉化為有機肥，達到減量化和無害化的方法.其不足之處是運行周期長、成本高、容易造成二次污染.另外，有機物的除臭、脫水、微生物菌劑的培養與生產等環節也制約著這些技術的發展.
結合糞便特性和真空收運系統的特點，華中科技大學環境科學與工程學院開發了糞便堿性生化資源化工藝。
2.1工藝
糞便堿性生化技術是利用混凝劑、石灰和堿性工業廢料，在堿性條件下，通過高效脫水、加速干燥、高溫、高氨和鹽化等生化作用，促進有益微生物生長，抑制并殺死病原體，最終得到衛生達標糞肥的方法，它可有效且低成本地完成糞便的無害化和資源化(圖1).
2.2技術特點
a.真空收運系統糞便的特性.成人平均每天排泄大、小便0.4L和1.5L，大便固含量為33.6%，其中揮發固含量約占總固含量的90.8%.
圖1糞便資源化工藝簡圖
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b.改善糞便的脫水性能
為了方便運輸和資源化利用真空收運系統的糞便，需要對其進行脫水處理.糞便是一種富含有機質、高粘度、粒徑分布極不均勻的復雜渾濁有機親水性懸浮液，對其脫水有一定的技術難度，目前國內大多引進國外設備，如北京高碑店糞便處理廠引用的是德國RoS3型滾筒式脫水機[4].影響糞便脫水性能的因素很多，如糞水的密度、粘度、表面張力、極性和顆粒物的粒度、密度、電性以及懸浮液的粘度等.其中，比阻值直觀簡潔地描述了懸浮液的脫水性能.依據懸浮液的定壓過濾方程[5]：，比阻值和過濾壓力存在著一定的函數關系，糞渣作為可壓縮性物體，單靠增加壓力不能有效提高糞便的脫水效率.一般認為，機械脫水的物料比阻在 (1～4)×1012m/kg之間較為經濟.而真空收運系統糞便的比阻值約為3.9×1014m/kg(活性污泥約為2.7×1013m/kg)，因此，在機械脫水前對糞便進行預處理，改善其脫水性能對減少設備投資，減少場地面積和簡化工藝流程都具有重要意義.實驗表明，一定量的混凝劑、石灰或其它堿性工業廢料可有效改善糞便的脫水性能，使糞便的比阻值降至3.8×1012m/kg，大大改善脫水機的工作效率.
c.糞便的無害化.該技術的生化反應時間為1～2d，在堿性和可達到60～65℃的條件下，病毒細菌基本全被殺死(超過99.9%)，同時保留了大量類似土壤的有用微生物.更重要的是由于添加了石灰和堿性工業廢料，可緩解因酸雨等造成的酸性環境中重金屬的再溶出問題.糞肥中的氧化物和有機物對重金屬的吸附和化合作用，也降低了可溶性重金屬的含量，減少了農作物對重金屬的吸收，有效緩解了重金屬的危害.另外，在堿性條件下，生產過程中產生的臭味可得到有效控制，消化、穩定后的糞肥基本不再有臭味.
2.3糞肥的資源化
a.糞肥無病菌、穩定、易于存儲、處理和使用.
b.糞肥分解較慢，氮、磷、鉀在糞肥中所占的比例約為10%左右，有機物約占其總重量的40%，由于氮、磷等養分的釋放較慢，糞肥具有肥效長和利用率高的特點.
c.產品中的重金屬元素在無公害處理過程中，減少了對農作物的影響，可弱化甚至防止對食物鏈和生態環境造成的污染.
d.糞肥的有機成份含量高，可被用做石灰和肥料的混合農用添加肥促進農作物生長，它含有天然土壤微生物和鈣，可改良土壤結構，提高土溫，大大提高土壤保持水分能力和飽和排水能力，也增強了土壤的自然屬性，包括水的傳導性、排水性和保濕度，大大降低了暴雨和干旱對農作物生長造成的危害.
e.適應性強，對于酸性土壤，糞肥可有效提高土壤的pH值，增加鈣素，促進有機物分解，減少磷元素被活性炭和鋁的固定；還可根據土壤類型和市場需要，用調節劑調整物料的pH值制成中性或酸性的復混肥，可大大提高糞肥的適用性.
f.生產成本低，堿性糞肥約39元/t，中性和酸性復混肥近50元/t.
總之，該技術順應了不同區域土壤的實際情況，有效添加了農作物所必須的有機物和氮、磷、鉀等物質，可做到真空收運系統糞便的無害化和資源化處置.
3小結
a.糞便的收運和資源化技術落后是糞便流失和污染環境的重要原因.真空收運系統作為經濟可行的新型糞便收運系統，若能逐步推廣使用，可有效促進糞便的無害化與資源化.
b.真空收運系統的糞便堿性生化處理技術，既解決了糞便的脫水、無害化和資源化問題，又可有效改善不同類型土壤的營養狀況，對改善生態環境，發展我國綠色食品具有重要意義.
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