淺析城市糞渣處理廠主體設備比較與選擇

肖仲華，黃超，葉志敏,3，趙雪媛，張彪，王松林

（1.湖北省工業建筑集團公司；2.華中科技大學環境科學與工程學院，湖北 武漢 430074；3.深圳同創環保科技有限公司，廣東 深圳 518051）

1 糞便處理現狀

由于城市污水處理設施沒有與基礎設施建設同步發展，為減輕生活污水排入尚未建成終端污水處理廠的市政管道或直接排入河道造成的環境污染，民用建筑和公共建筑排出的生活糞便污水必須先流經化糞池處理后才能排入市政污水管道或水體中，所以化糞池截留的大量糞渣污泥，需要及時清運、無害化處理及最終處置。

目前，由于缺乏相應的糞便處理設施，大部分城市僅僅靠環衛部門和清潔服務公司用吸糞車抽取收集糞渣，直接送至垃圾填埋場與垃圾混合處置，帶來了潛在的環境污染和健康影響。糞渣污泥向城區附近的荒野空地、魚塘，甚至向河道中違法傾倒的事件，給周邊環境帶來了嚴重的污染。為此，急需建設糞渣處理廠，從根本上解決化糞池糞渣污泥無害化處理及最終出路問題。

2 糞渣污泥特性

對南方某城市化糞池采樣點的糞便進行了檢測，檢測方法分別按GB/T14769、GB9834、GB/T10725 等方法進行。檢測結果如表1 所示。

表1 化糞池糞渣性狀參數

3 糞渣處理工藝確定

糞渣處理工藝主要有3 種：高溫好氧堆肥工藝（機械脫水、泥餅好氧高溫堆肥）、濕式厭氧消化工藝（濕式厭氧消化、機械脫水、泥餅好氧高溫堆肥）、干式厭氧消化（機械脫水、泥餅干式厭氧消化、殘渣好氧高溫堆肥）。工藝技術上均為可行的工藝，但就減量化、無害化、資源化、投資、技術成熟性等情況進行分析，厭氧消化工藝與好氧高溫堆肥工藝相比，其資源化程度較高，但在規模生產中并不很成熟，運行管理也較復雜，實際工程規模相對較小，產氣率低，運行耗能大，維護較難，由于加入廚余垃圾，導致工藝難度加大，工藝產生的沼氣利用方式受到周邊環境限制，沼氣量不大，單獨上沼氣發電機組不經濟。為此，采用好氧高溫堆肥工藝作為首選工藝。

4 主要生產工藝、設備比選

好氧高溫堆肥工藝的主要工藝過程為：吸糞車收集的糞渣污泥直接運至處理廠，吸糞車進入卸料間后，將糞渣排入糞渣接受槽內并進入格柵機，經格柵去除糞渣污泥中衛生巾等大顆粒固體物質。去除雜物的糞渣污泥經脫水機脫水后生成含水率為75%的脫水泥餅。脫水泥餅經過調節（調節含水率、碳氮比等）進入堆肥工段，經過一段時間高溫好氧發酵后，形成腐熟堆肥產品。脫水漿液進污水處理站合并處理。整個生產過程中產生惡臭氣體的生產單元均進行惡臭氣體控制（密封設備、強制排風等），強制排風收集的惡臭氣體統送至惡臭氣體處理系統。

4.1 固液分離工段主要工藝設備選擇

固液分離工段主要完成糞渣中較大雜物及沉砂的分離，糞渣濃縮脫水產生泥餅，降低漿液中的有機物含量。

分離雜物與沉砂的主要設備是格柵，但格柵為非密閉式運行，柵上物不能直接進行脫水，操作環境較差。糞渣散發的臭氣強度較高，必須在生產過程中保證密閉性；并且糞渣含有砂類物質，除浮渣的同時需要除沉砂。螺旋格柵除渣除砂一體化設備在密閉條件下運行，其去除的柵渣和沉砂均經過自動沖洗并同時脫水，有利于后續柵渣和沉砂外運，運行穩定，操作環境好，管理方便。

生產泥餅的主要設備是濃縮脫水機。脫水設備有板框壓濾脫水機、帶式濃縮脫水一體機、離心脫水機、螺壓式污泥濃縮脫水機等。帶式濃縮脫水一體機在污水處理行業應用較廣泛，但密閉性一般、脫水泥餅含水率達到75%時的消耗較大、對污泥中雜物的適應性較差。螺壓式污泥濃縮脫水機的整個運行過程均在密閉狀態下自動進行，操作環境好，泥餅含水率可達到75%，在國內多家糞渣污泥處理廠使用。

4.2 好氧高溫堆肥工藝設備選擇

好氧高溫堆肥主要有以下優點：有機物分解徹底；堆肥周期短；臭味小，不滋生蚊蠅；為易于實現機械化操作；無害化效果好，能提供殺滅病原體所需的熱量，由于在高溫下滅活，其熱滅活作用不可逆，更有利于環境保護。采用高溫堆肥工藝即可充分利用糞渣污泥中豐富的氮、磷、鉀等資源，又可殺滅其中的蛔蟲卵等致病菌，從而實現糞渣污泥的無害化、資源化。

在堆肥工藝整個流程中，泥餅或干物料需要通過輸送設備進行轉輸、銜接。糞渣處理廠由于需要輸送的物料較多，同時要考慮各構筑物的平面布置，部分物料無法進行簡單的水平或垂直提升輸送，而必須進行水平折線和垂直提升輸送。如采用傳統的輸送設備就必須通過多個輸送設備轉輸才能達到工藝需求，由于輸送設備和輸送環節增多，會使設備的運行自控復雜、整個輸送系統的安全可靠性降低、占用較大空間位置及浪費土地、安裝及維護困難、環境與景觀較差。根據市場調研，污泥管道輸送系統可以代替傳統復雜的輸送系統，通過濃料泵以高壓、高濃度、長距離、全封閉的管道輸送方式為泥狀或干物料的復雜輸送系統提供最佳的解決方案，設備簡單，自控和維護方便；輸送管道可以任意轉彎，平面和空間布置靈活，安裝簡單；輸送管道密封性好，物料輸送安全可靠；環境與景觀較優。缺點是設備價格相對較高。

4.3 惡臭氣體處理工藝選擇

糞渣分解產生的氨、硫化氫、甲硫醇等物質，是糞渣對環境污染的重要方面，因此，在糞渣的收集、貯存、運輸、處理時，必須采取相應的惡臭氣體控制和處理措施。惡臭氣體凈化通常通過吸附、吸收、焚燒、催化燃燒、化學氧化及生物處理等物理、化學或生物過程脫除惡臭氣體中的氨、硫化氫和甲硫醇等污染物。若按所用除臭材料性質劃分，惡臭氣體凈化工藝可概括地分為濕式除臭工藝、干式除臭工藝及濕式干式組合除臭工藝。糞渣處理廠惡臭氣體處理工藝是以生物濾池（干式段）為核心處理技術，由于糞渣污泥散發的惡臭氣體成分復雜，因此，在生物濾池前增加堿吸收塔和水洗滌塔（濕式段）的預處理工段，以確保生物過濾器有效運行。

5 工藝設計

5.1 設計原則

（1）采用成熟、可靠、先進的工藝技術與設備，實現城市糞渣的無害化和資源化，并確保處理系統高效穩定運行；（2）廠區布局力求緊湊、合理，物料流向恰當，節省占地與投資；（3）選用具有較大的靈活性和較強的抗沖擊負荷能力的工藝技術與設備，以適應糞渣清運量波動大的特點；（4）選用經濟合理、清潔、環保的工藝流程，注重生產過程中的惡臭氣體與污水控制，防止二次污染；（5）加強生產過程中的自動化控制，簡化操作程序，降低勞動強度。

5.2 工藝流程

糞便處理廠工藝流程如圖1 所示。

圖1 糞便處理廠工藝流程圖

主要工段包括：

（1）除渣除砂及貯存。吸糞車進廠經地磅計重，至細格柵間卸料區，吸糞車出料口與受料槽的受料口對接，糞渣排入受料槽，而后進除渣除砂一體化設備處理后，自流進入污泥貯存池。一體化設備清除的柵渣和沉砂用袋封裝，運至垃圾填埋廠處置。污泥貯存池內的污泥由同步排吸泵輸送到污泥脫水間的污泥中間池，以待脫水。

（2）污泥脫水。污泥經同步排吸泵由污泥貯存池提升至污泥中間池，污泥脫水機的配套給料泵從污泥中間池將污泥壓入螺壓脫水機，并在壓力管道中與絮凝劑混合（設置混合器）。經螺壓脫水機脫水后形成的泥餅※※由螺旋輸送機送至混料間，脫水后產生的濾液排至污水處理站處理。

（3）輔料制備。為保證發酵效果，脫水泥餅發酵前必需加調整料，調整料主要有兩部分：回流堆肥、木屑。木屑由園林綠化裁剪下來的樹枝粉碎后制備。輔料生產車間設有粗料儲存棚、粉碎間、成品輔料貯倉。輔料粉碎共設兩級，每級設一臺粉碎機，倉庫需備用常換部件如刀片等。

（4）混料、篩分、打包。混料的目的是將脫水泥餅、回流堆肥和木屑按一定比例進行混合均勻，達到堆肥的工藝要求（含水率、碳氮比、孔隙率等）。混料設備采用雙螺旋混料機，混合后的堆肥物料通過濃料泵輸送至發酵倉內。篩分的目的是將堆肥好的物料進行分選，篩上物作為回流堆肥，篩下物作為成品肥料。篩分設備采用滾筒篩，篩上物通過皮帶輸送機和斗式提升機輸送至混料儲存倉，篩下物通過皮帶輸送機輸送至成品臨時儲存倉由濃料泵輸送至打包機打包儲存或成品裝車儲存倉。打包儲存的目的是將將成品肥料打包儲存或散裝外運。

（5）好氧高溫堆肥采取倉式發酵工藝。由污泥脫水間無軸輸送機送來的污泥、濃料泵送來的調整輔料、回流堆肥螺旋輸送機送來的回流堆肥在混料輸送機的充分攪拌后送入發酵倉的布料系統，均勻分布在倉內發酵。發酵倉采取序批式運行方式，在同一發酵倉內完成一次發酵后，可以控制發酵倉的運行條件，繼續完成二次發酵的過程。一次發酵周期為10 天，控制溫度為55 ～70℃，一次發酵單倉理論通風量為36m3/min。通風量要根據堆體溫度、堆體內氧氣量綜合確定，采用間歇通風方式進行運行。二次發酵周期為14 天左右。

（6）惡臭氣體處理采用濕式干式組合工藝，在生物濾池前增加堿吸收塔+水洗滌塔（濕式段）的預處理工段，可降低生物濾池的負荷，以確保排放達標。預處理工段主要去除氣體中的塵、硫化氫等物質，干式段采用生物過濾器，其內設有多孔、比表面積較大的填料，可去除惡臭氣體中的大部分的發臭物質，如硫醇類等。生物濾池填料選用適合于微生物黏附及活動的多孔木質材料，以微生物生化處理為主，微生物附著于生物過濾器內的填料上。