城鎮(zhèn)糞便無害化處理資源化利用示范工程流水線

城鎮(zhèn)糞便無害化處理資源化利用示范工程流水線糞便以其豐富的有機(jī)質(zhì)和作物生長發(fā)育所需要的氮、磷、鉀元素成為農(nóng)家傳統(tǒng)的有機(jī)肥料。近年來由于石油農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民用肥習(xí)慣的改變,農(nóng)業(yè)對糞便施用日趨減少。而農(nóng)村集鎮(zhèn)化的加速和畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；陌l(fā)展更加劇了城鎮(zhèn)環(huán)境治理的壓力。尤其是現(xiàn)代化封閉型的規(guī)模養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,大量未經(jīng)處理的禽畜糞尿和廢水嚴(yán)重地污染環(huán)境,成為與工業(yè)廢水和生活污水一樣的污染源[1]?！凹S多為患”已成為農(nóng)村集鎮(zhèn)環(huán)境治理中的一個棘手問題。人、畜糞便的處理和利用,因為涉及環(huán)境保護(hù)、資源利用和人民的身體健康,歷來為國內(nèi)外科技、產(chǎn)業(yè)界所關(guān)注,往往采取無害化、減量化或資源化的技術(shù)路線消納糞便,以求得化害為利,變廢為寶。一些發(fā)達(dá)國家往往不惜巨資研制工藝,美國應(yīng)用聚丙烯酸堿配合脫水工藝處理糞便;日本用板框壓濾加高壓離心方法處理;瑞典HAMSTERN糞水處理系統(tǒng)采用真空壓濾脫水;丹麥采用螺旋壓縮脫水。這些工藝共同點是耗資巨大,不適我國國情。檢閱國內(nèi)糞便處理的技術(shù),大體也是沿著這三條技術(shù)路線拓展。利用厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣是糞便無害化處理資源化利用最普遍的方法,中國農(nóng)業(yè)工程研究設(shè)計院成功設(shè)計1300m3總?cè)莘e的沼氣池,保定用大型沼氣池所產(chǎn)的沼氣進(jìn)行發(fā)電。鶴崗市有將無害化處理后的糞便制成顆粒肥料的報道。商丘的全塑封閉式糞便無害化廁所、金華的生態(tài)公廁、江蘇的AUAT型公廁都是以無害化技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計。國內(nèi)的多數(shù)研究,工藝固然簡單,但處理效果欠佳。然而,國內(nèi)外的有關(guān)研究,為深化研究提供了借鑒,經(jīng)多方案遴選、消化、組裝,終于完成了我國第一條糞便無害化處理資源化利用工程流水線的組裝工作。1研究概述研究分工程流水線研制、生產(chǎn)和用肥環(huán)境監(jiān)測、肥效測定三部分。前者為研究核心,后兩部分為應(yīng)用作出評價:研究涉及環(huán)保、生化、工程、機(jī)械、農(nóng)化等諸多學(xué)科,有機(jī)組合形成整體。糞便無害化處理資源化利用的工程流水線采用液固分離,脫臭殺菌、機(jī)械成型工藝路線,使糞便制成顆粒肥料。生產(chǎn)和用肥環(huán)境監(jiān)測,應(yīng)用常規(guī)環(huán)保測定技術(shù)對廠區(qū)排放水和顆粒肥料及農(nóng)產(chǎn)品毒理學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測定,為安全生產(chǎn)和用肥提供依據(jù)。肥效測定以拉丁方設(shè)計進(jìn)行顆粒肥料用量的單因子試驗,測定不同顆粒肥料用量對作物產(chǎn)量和營養(yǎng)成分的影響,為顆粒肥料合理用量提供依據(jù)。2工藝研制2.1工藝原理城鎮(zhèn)糞便是一種高粘度、富含有機(jī)質(zhì)、粒子細(xì)微、含水量高的復(fù)雜渾濁膠體。據(jù)對平陽縣敖江鎮(zhèn)人糞尿采樣分析,人糞pH8.17～9.15,CODcr26,742～28,584mg/L,BOD510,450～11,975mg/L,TKN6440～8640mg/L,NH4-N5400～6993mg/L,密度1.01～1.04g/cm3,含水量95%左右。為將糞便中的干物質(zhì)制成消毒的有機(jī)肥,同時降低殘留廢水的COD和BOD,達(dá)到既得到顆粒肥料又降低排放水的污染目的,在糞便中加入一定量的絮凝劑。膠體和懸浮物質(zhì)顆粒在絮凝劑作用下,由于電荷中和作用和橋連作用,使糞尿液中的膠質(zhì)懸浮物凝聚并與水溶液分離。分離后的糊狀凝聚物經(jīng)進(jìn)一步脫水、恒溫發(fā)酵、膨化成型制成顆粒肥料。尿液經(jīng)好氧發(fā)酵繼之嫌氧發(fā)酵降低COD、2.2工藝流程糞液經(jīng)格柵去除雜質(zhì)后流入儲糞池,由臥式高壓污水泵抽提進(jìn)入攪拌反應(yīng)桶。當(dāng)糞尿液達(dá)反應(yīng)桶容量1/3時,開始投放絮凝劑并繼續(xù)進(jìn)料,攪拌器運轉(zhuǎn)攪拌3min達(dá)液固兩相分離的目的。經(jīng)凝聚反應(yīng)的糞尿進(jìn)入滾筒污泥式脫水機(jī),脫去糞尿含水量的25%。700kg的物料進(jìn)入真空干燥機(jī),保持物溫50℃～60℃,在700kg/cm2壓力下脫水4h,脫去水分40%～45%。經(jīng)脫水的糞便由輸送帶送往發(fā)酵罐,此時脫水糞便的含水量約55%,在發(fā)酵罐40℃下發(fā)酵6h,耗失含水量10%～15%。發(fā)酵后的糞便送往造粒機(jī),此時可據(jù)作物生長的需要添加其他必要成分經(jīng)液固分離所得的尾水由管道輸入曝氣池。由90m3空氣壓縮機(jī)從曝氣池的不同方向送入壓縮空氣,在強(qiáng)大的氣流壓力下產(chǎn)生旋渦,為尾水好氧發(fā)酵創(chuàng)造了良好的條件。經(jīng)8h曝氣的尾水送入貯水池進(jìn)入沉淀池靜置,在嫌氧發(fā)酵中污泥部分得以沉淀。經(jīng)水處理的尿液COD、BOD分別下降到145mg/L、60mg/L。加藥消毒殺菌即可排放。排放水經(jīng)土壤滲透進(jìn)一步降低了BOD、COD的含量。其工藝流程如圖13環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測分生產(chǎn)區(qū)環(huán)境監(jiān)測和顆粒肥料應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測兩部分。對生產(chǎn)區(qū)的排放水測定如表1所示。經(jīng)工程流水線液固兩相分離,尾水中的COD、BOD只有原糞的3.31%和5.15%。經(jīng)水處理系統(tǒng)好氧、嫌氧發(fā)酵,COD進(jìn)一步降至1.83%;再經(jīng)土壤滲透流入毗鄰廠區(qū)的河道,檢測排放口河水的COD和BOD只有6.16mg/L和5.64mg/L,僅為原糞0.22%和0.05%,大大降低了糞便對環(huán)境的壓力,緩解了水質(zhì)的惡化。測定顆粒肥料和農(nóng)產(chǎn)品的殘毒如表2、3所示,表明顆粒肥料雖富集了微量重金屬,但都在正常污泥所含重金屬域值之內(nèi):控制在國外有關(guān)國家污泥農(nóng)田施用有毒物質(zhì)最高允許含量之下[2],說明顆粒肥料可在農(nóng)田應(yīng)用。施用顆粒肥料的甘藍(lán)肥效和產(chǎn)品毒理學(xué)測定表明:顆粒肥料能夠增加產(chǎn)量,增進(jìn)品質(zhì)。檢出5種重金屬,未檢出Cr、Cd、Pb,含有微量的Zn和Cu;但與我國南方蔬菜卷心菜、青菜[2]比較,均在本底值之內(nèi)。從毒理學(xué)角度闡明顆粒肥料在農(nóng)田應(yīng)用是安全的。4肥效測定為測定顆粒肥料的肥效,用拉丁方排列,以不同顆粒肥料用量進(jìn)行對比試驗。試驗分別在小白菜、水稻、甜橙等作物上進(jìn)行,證明顆粒肥料有一定肥效。分析測定表明,人糞顆粒肥料有機(jī)質(zhì)含量達(dá)5.17%,全氮3.23%,全磷3.51%,全鉀0.38%,富集了人糞中的氮磷,而鉀對作物生長稍感不足。雞糞顆粒肥料原料雖來自集約化的養(yǎng)雞場,因飼料摻有砂礫而使有機(jī)質(zhì)、三要素相對含量降低;但有機(jī)質(zhì)仍達(dá)47.67%,氮磷鉀分別為2.42%,1.92%,1.97%。由于原料的富集作用,顆粒肥料中含有微量的重金屬;但在正常污泥控制值[2]之內(nèi)。表明顆粒肥料可安全使用于農(nóng)田。大田顆粒肥料肥效測定表明:不同顆粒肥料施用量的甘藍(lán)或白菜均比對照生長茁壯,產(chǎn)量增加。至采收期,不論生物產(chǎn)量抑或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,處理與對照比較均達(dá)極顯著差異。隨施肥量增加,甘藍(lán)葉球相對含水量增加,葉球鮮嫩,粗蛋白、全醣量增加,葉球經(jīng)濟(jì)性狀改善;但維生素C含量下降。下降原因在于維生素C主要貯藏于綠葉部分,隨施肥量增加結(jié)球率上升,綠葉比下降導(dǎo)致維生素C下降。水稻在300kg/ha尿素基肥基礎(chǔ)上再追施顆粒糞肥則引起倒伏,是否氮肥過量所致有待進(jìn)一步重復(fù)試驗。顆粒糞肥在旱地施用沒有取得預(yù)期效果,究其原因是顆粒肥料在旱地應(yīng)用缺乏水分灌溉,顆粒難以破碎;缺水肥效難以發(fā)揮。試驗啟示我們必須探索顆粒造型,以適應(yīng)旱地作物生長需求。5環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益評價本工程流水線最大效益是對環(huán)境質(zhì)量的改善。流水線的工程耗資80萬元,占地2667m2,日處理人糞24t,年可消納人糞8700t,相當(dāng)于5500成年人的全年排放量。年可生產(chǎn)顆粒肥料400t。整個生產(chǎn)廠區(qū),除貯糞池外,沒有嗅到糞便的惡臭,也沒有感到硫化氫的刺鼻。蒼蠅不叮吮經(jīng)絮凝劑處理的糞便。更加重要的是,處理尾水經(jīng)水處理系統(tǒng)處理,CODcr從27,633mg/L下降至60mg/L,BOD5也從11,213mg/L下降到145mg/L,分別為糞尿的