常溫水解預處理對糞便污水性質的影響研究

姚一思 戴一鳴 朱成豪 王欣娟

摘要：通過試驗，分析了室溫條件下水解預處理對溫州某糞便廠糞便原液及調節池出水的影響。試驗結果表明：水解預處理可改善糞便原液的水質，CODcr、氨氮及總氮均可達到納管標準;此外，水解預處理可調節糞便原液的CODcr/TN，可作為污水廠進水的補充碳源。

關鍵詞：糞便;生活污水;水解預處理

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0077-05

1引言

糞便是人類活動過程中不可避免的產物，糞便中含有病菌和寄生蟲卵，人類的某些疾病會通過糞便傳播。合理的處理和處置糞便對保護環境和人類健康有著重要的意義。許多城市也已認識到糞便問題是城市環境保護發展戰略必須解決的緊迫問題。

目前，我國正在學習歐美發達國家的污水與糞便合并處理系統的模式，但由于我國城市排水系統尚不完善，糞便處理系統的建立捉襟見肘。根據國家的產業政策，到2025年才能實現城市排水管網的普及率達到85%，污水的處理率達到50%～60%。因此，我國城鎮糞便處理工藝技術應采取多種模式并存的發展戰略。

溫州某糞便廠處理規模為150t/d，糞便處理過程中會產生廢渣及高濃度廢水，廢水單獨處理的達標投資及運行成本均較高，而污水處理廠緊鄰糞便處理廠，實際進水存在污染物濃度低，C/N偏低現象，脫氮碳源相對不足。為此，首先通過試驗研究改善糞便出水水質的方法，其次探究糞便作為污水廠進水補充碳源的可行性，從而達到不同污染物綜合處理的目的。旨在探討一種技術可行、經濟合理的糞便處理方法，對指導糞便處理廠的建設具有重要意義。

2糞便處理廠現狀

運載糞便的吸糞車經過地磅稱重后，實現自動記錄，然后進入糞便處理廠卸糞間。通過密閉對接的方式，將糞便排入完全密閉的固液分離設備。固液分離設備由回轉式粗格柵（圖2）、一體化分離機（圖3）、R03.1固液分離機、輸砂螺桿、排渣/砂螺桿等組成，具備大塊物分揀、糞液的除砂、過濾、傳輸、壓榨脫水等，功能并且設備全密閉、全自動運行。固液分離箱體內的液位探測裝置自動探測液位并傳輸信號，自動啟動設備運行;絲織物、漂浮大塊物被柵孔為12mm的細格柵分離，并傳輸提升、壓榨脫水后排出裝置，掉入輸送機（或垃圾袋），穿流過固液分離的濾出液排入調節池。調節池內排污泵對糞液進行水力攪拌，杜絕了糞液表面結痂和池底沉淀的可能，同時將池內糞液泵入儲糞罐。儲糞罐與污泥螺桿泵相連，由污泥螺桿泵輸送的糞便與加藥裝置制備的絮凝液以合適的比例充分混合進入脫水機的反應罐，充分絮凝后流入脫水機（圖4），脫水機與其配套的無軸螺旋輸送機聯動，將脫水機排出的渣運出。脫水機濾液排出系統，進入廠區污水管網，并最終送污水處理廠合并處理。糞便預處理工藝流程圖如圖1所示。

3水解預處理試驗

3.1試驗材料與裝置

城市糞便取自溫州市某糞便處理廠的來料和調節池出水。

水解裝置2套（見圖5），采用8L水解裝置（包括攪拌機）。

3.2樣品采集、分析項目與方法

試驗數據采集：①取樣點1：粗格柵前糞便原液;取樣點2：調節池出水。②分別取8L水樣加入水解槽，攪拌速度為200r/min，室溫下進行，每天24h連續運行。③取樣時間為ld、2d、4d、6d、8d、11d、14d和17d。

3.3測試指標及方法

水樣測試指標及方法如表1所示。

4結果與分析

表2所示為處理廠糞便原液、調節池出水及脫水上清液（最終出水）的主要水質指標，從表中可見調節池出水的CODcr、TN、NH3-N相對于糞便原液有異常的升高，分別為糞便原液的2.1、2.3、2.4倍。糞便原液通過粗格柵、一體化分離機和固液分離機處理后，均會產生部分排渣排出系統，進入調節池中的污水CODCr、TN、NH3-N濃度必定會有一定的降低，推測這種異常升高的原因是由于該糞便廠在實際運行中接收了一定量的其他高濃度廢水。

調節池中的污水經加藥脫水后各指標都有一定程度的降低，相對于調節池出水脫水上清液中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%。污染物主要通過絮凝沉淀的方式進入固相，從污水中分離出去。

脫水上清液和糞便原液的各項指標對比《污水排入城鎮下水道水質標準》（CJ343-2010），均遠超納管標準，無法直接排入市政管網進入污水處理廠。

4.1TN、NH3-N、TP的變化

從圖6中可見，TN、NH3-N隨處理時間的增長均呈下降趨勢，且最后趨于穩定。糞便原液的最終TN和NH3-N濃度分別為27.1mg/L和6.3mg/L，去除率分別為77.5%和93.3%，可見水解處理對糞便中TN和NH3-N的去除效果顯著，且這兩項指標滿足納管標準;而TP呈現震蕩下降趨勢，最終的濃度為33.1mg/L，去除率為20.0%，不滿足納管標準。

從圖7中可以發現，調節池出水水樣經水解處理后，TN、NH3-N隨處理時間也呈下降趨勢。最終TN和NH3-N濃度分別為100.8mg/L和51.3mg/L，去除率分別為28.4%和50.7%，顯然水解處理對調節池出水水樣處理效果劣于水解處理對糞便原液的效果，并且該水樣的最終水質不滿足納管標準;TP在水解處理過程中也呈現震蕩下降趨勢，最終濃度為29.6mg/L，去除率為24.5%，也達不到納管標準要求。

水解處理過程中，TN和NH3-N濃度的降低是由于在有氧條件下，污水中的微生物通過呼吸作用將一部分可降解有機物分解代謝產生能量并產生NH。溢出，另一部分用于合成細胞物質，使得微生物不斷分裂增殖，進而形成了污泥絮體，因此水體中的TN和NH。一N濃度明顯降低;此外，TP有一定的程度降低，這也只可能是少量P元素被微生物利用吸收了，從而使P元素從水體中分離出去，這進一步說明水解過程中微生物在不斷增殖并形成了污泥絮體。此外，污水下層局部區域可能存在厭氧區，發生了反硝化反應，促進了TN和NH3-N濃度降低。

4.2CODcr的變化

從圖8和圖9可以看出，水解處理可降解糞便原液及調節池出水的CODcr，截至試驗結束，CODcr仍呈現下降趨勢，CODCr的去除率分別為53.9%和52.0%，兩種水樣的CODCr去除率均大于50%，說明可生化性較好。此外，糞便原液的CODe。在第17d時已經降低至489mg/L，滿足納管標準（500mg/L），而調節池出水最終的CODcr濃度為1090mg/L，不滿足納管標準。

兩組試驗在開始的幾天，CODcr去除速度很快，推測微生物正處在增殖期，水體中的有機物被大量的消耗;隨后似乎進入了內源呼吸期，一段時間內CODe。濃度幾乎保持不變，或者CODcr去除速度緩慢;最后系統又重新回到了增殖期，糞便原液在第4d開始，而調節池出水在第11d才開始。決定水中微生物活體數量和有機物去除速度快慢的主要因素是環境中營養物質量的多寡，因此出現重新進入增殖期現象，說明水體中的營養物質再次富裕，造成這種情況的原因可能是通過一定時間的水解處理，部分難降解的大分子有機物分解為易降解的小分子有機物，微生物重新處在富營養的環境中，因此增殖迅速，CODcr去除速度也相應增加。

4.3pH值的變化

從圖10中可見，調節池出水的pH值基本穩定在6.5左右，而糞便原液的pH值隨著水解處理的時間變化呈先平穩后下降的趨勢，前8d基本也穩定在6.5左右，從第8d開始明顯降低，第17d時pH值為4.22。由此推測，糞便原液水解過程前期主要以微生物增殖為主，當菌群數量足夠時，糞便原液中大量的易降解有機質很快被產酸菌酸化成有機酸，因此pH值顯著降低;而調節池中混入的應該是相對難降解的廢水，有機質需要更長的時間才能被分解為易吸收的小分子有機物，因而在試驗過程中尚未進入產酸階段。

4.4水解預處理對水樣CODcr/TN的影響

從圖11可知，兩種水樣的CODcr/TN在水解處理過程中都出現先升高后降低的狀況，糞便的CODcr/TN最高值和最低值分別為37.75和8.51，調節池出水的最高值和最低值分別為20.14和10.81，最高值均出現在試驗第11d。

由表3可見，只有糞便原液第11d的CODcr/TN小于100：3，可調節污水廠進水COcr/TN至好氧法的最佳值（100：3），污水廠進水與糞便原液（第11d）配比為5：27;150t的糞便原液經水解處理后，可作為碳源，與27.7t的污水廠進水混合為最佳的營養配比，從而達到協同處理的目的;調節池出水可提高污水廠的CODcr/TN，但難以達到好氧條件下的最佳的CODcr/TN;糞便原液和調節池出水均不可將污水廠進水調節至厭氧條件下的最佳配比（100：1）。

兩種水樣中的P元素含量過高，須減少其中的P元素含量，這兩種水樣方可作為碳源投加。因此，糞便原液和污水廠協同處理理論上是具有可行性的。

5協同處理可行性探討

糞便污水容易對污水廠水質產生影響，糞便污水中的高氨氮和COD濃度會對污水廠的進水水質產生沖擊，但是可以通過控制兩者的混合比例，降低糞便污水的沖擊，確保額外增加的負荷對城市污水處理廠的要求，從而實現污水的妥善處理。通常，混合比例應控制在0.5%以下。該糞便處理廠處理規模為150t/d，毗鄰污水廠處理規模為10萬m3/d，混合比例為0.15%。TN和COD作為混合后污水的重要指標，也要對指標變化量進行控制，保證指標變化比例不超過10%。這樣可以使污水處理廠的處理效果免受糞便污水的影響。如表4所示，各指標均不超過10%，因此毗鄰污水廠可在不影響處理效果的情況下接納本糞便處理廠污水。

其他研究者也推薦糞便污水與城市污水合并處理，劉蘭英通過試驗證明糞便污水和滲濾液是可以與城市污水一同進行處理的，而且處理效果比較好;此外，郝曉地等早在2006年就提倡利用集中式污水處理廠的城市（城鎮）可以完全取消化糞池。

6試驗結論

（1）糞便原液和調節池出水的可生化性能均較好，經過17d的水解處理CODcr的去除率分別為53.9%和52.0%，且糞便原液第17d時的CODcr含量為489mg/L，CODcr濃度滿足納管排放標準。

（2）糞便原液的TN和NH3-N去除率較高，分別為77.5%和93.3%，最終濃度分別為27.1mg/L和6.3mg/L，均可達到納管標準;糞便原液經過水解處理后，TP濃度為33.1mg/L，pH值為4.22，沒有滿足納管要求，須再經過除磷及調節pH值等處理后方可達到納管標準。

（3）水解處理可以提高糞便原液和調節池出水的CODcr/TN，糞便和調節池出水的最高值為37.75（100：2.6）和20.14（100：5）;糞便原液可作為污水廠進水的補充碳源，按照污水廠進水與糞便原液5：27的配比可將污水廠進水調至好氧條件下的最佳配比（100：3）。

（4）糞便處理廠應優化管理，防止其他污廢水進入本系統;建議增大調節池的停留時間，并設置攪拌裝置，從而達到常溫水解處理的效果，達到調理糞便污水水質的作用，使得出水滿足納管標準，也可提高糞便污水的碳氮比，從而作為補充碳源進入市政污水處理廠。

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