1、 本科毕业论文 （ 20 届） 城市生活粪便生化处理工艺研究 所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 摘要 . I Abstract .II 引言 . 1 1 绪论 . 2 1.1研究背景及意义 . 2 1.2国内外粪便处理的发展历程 . 3 1.2.1 国外粪便处理的三种模式 . 3 1.2.2 我国城市粪便处理的发展 . 6 2 城市粪便处理存在的问题 . 8 3 粪便处理工艺介绍 . 10 3.1粪便处理工艺概述 . 10 3.1.1厌氧消化工艺 . 10 3.1.2好氧发酵工艺 . 14 3.1.3焚烧处理工艺 . 15 3.1.4依托污水
2、处理厂处理工艺 . 16 3.1.5三级独立生化 处理工艺 . 17 4 粪便生化处理工艺探讨 . 19 4.1粪便生物资源再生化技术 . 19 4.2粪便无害化处理技术 . 26 4.3粪便资源化利用 . 28 结 语 . 30 参考文献 . 31 附译文 . 33 致谢 . 47 I 摘要 粪便是人体消化系统和泌尿系统的生理排泄物，含有丰富的有机物和氮、磷、钾成分，是农业的传统有机肥料和良好的土壤调节剂 。 粪便中的有机物和氮、磷等物质若被直接排放，会造成水质污染，散发含氨、硫化氢、硫醇、硫醚等恶臭成分的有害气体，病人的粪便还含有多种肠道致病菌、寄生虫卵和病毒，据有关 资料显示，发展中国家
3、约 70%的疾病与粪便的生物性传染有关 .因此，按照减量化、无害化和资源化的原则来处置我国城乡粪便具有重要的现实意义 .据 1997 年统计，我国的 668 座设市城市年清运粪便 2900 万 t，做到无害化处理的不到 1/2，大部分是经过化粪池的简单处理就被直接排放，粪渣没有妥善处置 .我国近 40%的设市城市缺乏完善的下水管网，污水处理厂严重不足，很多污水处理厂也因运行费用等多种原因不能正常运行，造成全国 90%以上的污水粪便没有得到无害化处理就被直排江河湖海，致使城市流经河段 86%的水质超标 .农村粪便虽多用作 粪肥，但大部分未经卫生收集和无害化处理，而是被直接施于农田或排放，不仅影响
4、农作物吸收，严重恶化周边环境，还导致了疾病传染 .造成上述情况的原因中，粪便的收运方式和资源化技术落后是两个症结所在 。 我国城镇现行的粪便收运系统大多直接由重力冲水厕所、化粪池、黑水与灰水的混合排污管网或吸粪车等组成 .重力冲水厕所的大耗水量和黑水与灰水的混合排污使粪便的固含量大幅度下降，旱厕粪便的固含量是 6% 9%，而重力冲水厕所粪便的固含量还不足 0.1%，已严重丧失了其原有的利用价值， 只能通过化粪池和有待完善的污水处理厂进行无 害化处理 .另外，污水处理厂的污泥中混入了大量重金属和有毒难降解物质，不宜用作农田肥料进入食物链，粪便的流失和污染也就难以避免 。 目前对生活粪便的处理基本
5、上都是依靠专门的集中接受站，对其进行初级处理后再合并进入污水处理网管。但有时候市政处理系统不能承载太大的 COD、 BOD 负荷，所以对于生活粪便的处理各方面还在寻求更好的处理方式。本论文通过选择一种 生化处理工艺 ，将城市生活粪便（尿液）转化成为绿色肥料。实现城市粪便的无害化处理，并且还可以获得一定的经济价值。 关键词 城市粪便； 生化处理； 资源化； 绿色肥 料 II Abstract Manure is the human digestive system and urinary system physiology waste, rich in organic matter and ni
6、trogen, phosphorus and potassium components of agricultural fertilizer and good traditional organic soil conditioner. Organic manure and nitrogen, phosphorus and other substances Ruopi direct emissions, will cause water pollution, distribution of ammonia, hydrogen sulfide, mercaptans, sulfides and o
7、ther odor components of harmful gases, the patients stool contains a variety of enteric pathogens , Parasite eggs and the virus, according to statistics, about 70% of developing diseases and infections related to the biological waste. Therefore, in accordance with the reduction, sound principles and
8、 resources of the urban and rural waste disposal is important Practical significance. According to 1997 statistics, Chinas 668 cities officially designated waste removal and transportation of 29 million t, to achieve safe disposal of less than 1 / 2, a simple majority is the result of treatment of s
9、eptic tanks is directly discharged to , there is no proper disposal of fecal residue. China nearly 40% of the cities officially designated under the lack of proper water supply network, a serious shortage of sewage treatment plants, many sewage treatment plants and other operating costs due to vario
10、us reasons can not operate normally, resulting in more than 90% Fecal sewage treatment has not been sound was straight row of rivers and lakes, resulting in 86% of urban river water quality through excessive. Though the number of faeces as manure in rural areas, but most without health collection an
11、d safe disposal, and Be directly applied to cropland or discharge not only affects crop uptake, serious deterioration of the surrounding environment, but also led to the spread of the disease. caused by the above reasons, the waste collection, transportation methods and resources are two crux of tec
12、hnological backwardness. Chinas urban waste disposal system present most directly by the gravity flush toilets, septic tanks, black water and gray water mixture Sewer or suction truck etc. gravity flush toilet and a large amount of black water and gray water Mixture of sewage waste water to a signif
13、icant decline in the solid content, solid content of fecal dry toilets is 6% to 9%, while the gravity flush toilet stool of less than 0.1% solid content, has seriously lost its original use value III Can only be perfected through septic tanks and sewage treatment plant for safe disposal. In addition
14、, the sewage treatment plant sludge mixed with a large number of toxic heavy metals and refractory materials, into the food chain should not be used as agricultural fertilizers, manure loss And pollution will be difficult to avoid. The current treatment of waste of life are basically centralized rec
15、eiving station rely on specific, primary treatment and then merge them into the sewage treatment network. But sometimes municipal treatment systems can not carry too much of COD, BOD load, so the handling of manure for all aspects of life are still looking for better handling. The paper by choosing
16、a biological treatment process, relying on self-selected bacteria, the use of pre - deodorant - Living processing - granulation process, the municipal waste (urine) into a green manure. Implement sound urban waste treatment, and also get some economic value Key words Urban waste； Sound processing； R
17、esources； Green manure 1 引言 粪便含有丰富的有机质 、 氮 、 磷和钾等元素，是我国传统农业上的天然有机肥料和土壤调节剂 。20 世纪 80 年代以前，不要说我国乡镇和农村，即使在许多城市也是将其作为庄稼之宝归还给农民，施之于土地，以维持人与土地之间的物质循环 。 但反观我国近 20 年 来的城市粪便处理方式，多是将粪便当作污染物进行处理，不仅消耗了巨大的能源 、 财力和人力，也浪费了大量的天然有机肥料，同时也污染了市郊河流 、 土地和空气 。 随着我国城市化建设步伐的加快，城市人口数量剧增，城市粪便越来越多，如何合理地使城市粪便重返土地 、 实现其农业资源化利用，是
18、值得思考并亟待解决的问题 。 因此，在对国内外城市粪便处置方式进行综合概括和比较分析的基础上，针对我国城市粪便农业资源化利用存在的问题提出一些对策与措施，对于解决 “ 三农 ” 和环境难题，落实科学发展观，建设源节约型 、 环境友好型社会显得十分重要 。 目前对 生活粪便的处理基本上都是依靠专门的集中接受站，对其进行初级处理后再合并进入污水处理网管。但有时候市政处理系统不能承载太大的 COD、 BOD负荷，所以对于生活粪便的处理各方面还在寻求更好的处理方式。本论文通过选择一种 生化处理工艺 ，将城市生活粪便（尿液）转化成为绿色肥料。实现城市粪便的无害化处理，并且还可以获得一定的经济价值。 2
19、1.绪论 1.1研究背景及意义 我国人口众多，随着生活水平的提高，由城市产生的粪便量越来越大，许多城市在重视对生活固体垃圾处理的同时，也开始重视生活软垃圾 -粪便的 处理。在过去，粪便绝大部分被运往农田果园等作为肥料施用。由于农业生产的规模化作业，粪便的农用生产效率较低，加之化肥的大量使用，以及许多大城市卫生防疫的要求，粪便未经熟化不能直接施肥，因此粪便的受纳量日益减少。在有些城市粪便污水向城区附近的荒野空地、池塘、甚至向河道中违法倾倒的事件时有发生不但造成严重的环境污染，而且会产生潜在的威胁居民健康的影响。 城市粪便污水必须进行无害化处理，据建设部和国家环保总局统计，全国有近 600 个城市
20、需要解决粪便污水处理的工作。我国幅员辽阔，东西南北的气候差异较大，人们的生活习惯 和素质有差异，城市水准也不一，再加上使用的卫生器具形式不同等因素，城市产生的生活粪便水成份性状也有很大的差异，所以对于不同城市的粪便水处理，应根据其粪便水的成份性状和处理要求，选择合理的工艺处理流程和机械设备。 近年来，除京、沪、穗等大城市外，国内大部分城市的粪便处理工作还停留在较为落后的状态，很多城市在处理粪便时使用的还是直接排放入河流、湖泊或坑池的方式，或者将粪便运往附近农村，与垃圾混合后经过一段时间的自然发酵然后作为农肥施用于农田。这种方式在短期看来是一种简单、快速、直接的方法然而这种处理方式对环境 造成的
21、污染，以及对今后城市发展的制约是不可估量的其实粪便处理项目的优化和现代化发展已经成为加速城市发展推动我国城市化进程的迫切要求，科学解决粪便处理问题势在必行。 目前，我国对城市环境卫生的治理和改造越发重视，环保部门对生态城市和卫生城市有着严格的要求，在粪便处理一项中明确规定“城市粪便无害化处理率要求 70%”，可见一个城市拥有的垃圾和粪便的无害化处理设施已经成为卫生达标城市的硬性指标和先决条件，在此大背景下，各级政府都纷纷加大了城市环境卫生治理的力度不仅在政策上予以高度重视并且在经济上予以大力支持，此 外各级政府还在积极摸索合适的经营管理模式寻求最恰当，高效科学而先进的管理方式，建设机械化处理、
22、资源化模式、产业化管理的粪便无害化设施，以此来消除粪便污染，实现粪便“无害化、减量化、资源化”处理，因而城市粪便的生化处理工艺方法选择和设施建设显得尤为迫切。 因此探索适合城市自身发展特点的能耗低、效率高、投资省、易管理的粪便生化处理工艺势在必行，通过对国内外城市粪便生化处理方法和工艺的研究，以最经济的投资合理选择适合城市自身发展特点的粪便处理工艺，以较少的投资建设粪便处理厂，以较低的运行费用运转粪便处理厂，城市 粪便经过处理达到了无害化处理卫生指标，消除了粪便中病原微生物的恶性循环，有效地控制其3 对城市水体环境的污染，也消除了粪便中病原微生物对居民身体健康和日常生活的影响，促进了精神文明建
23、设，对于提升城市整体环境，提高居民生活质量具有实际意义；同时有控制的将粪便滤清液通入城市污水厂，对于污水厂的生化处理系统也是一种营养供给；再者，粪便无害化处理中的资源化综合利用，对节能减排、建设资源节约型、环境友好型社会具有更重要的现实意义。 1.2 国内外粪便处理的发展历程 1.2.1 国外粪便处理的三种模式 综合各国城市粪便处理 系统的不同模式，依据粪便收运与处理方式差异，一般可以分为欧美模式、日本模式和发展中国家模式。其中：欧美模式是以城市排水管网和污水处理厂作为粪便收运和处理基础，也可称作污水粪便合并处理的高成本模式；日本模式是除污水粪便合并处理之外，还采用车辆收运集中处理和现场净化池
24、分散处理相结合的粪便单独处理的中成本模式；发展中国家模式则是以旱厕、沼气池等多样化的粪便处理系统的低成本模式。 粪便的处理程度与各国家的发达程度有关，一般来说，其处理率与国家的发达程度成正比。目前大多数国家的粪便处理率都很高，如欧美国家的粪便处理率 达到 90以上，日本为 100。随着下水道普及率的不断提高，粪便由污水处理厂处理的比例也不断提高，粪便作为一种单独处理的对象在欧洲有人研究。没有城市下水道系统的住宅的粪便一般直接排入污水池，污水池的污水通过小型曝气装置进行处理的技术正在不断发展。很多国家规定独立的住宅建设必须配备相应的独立污水处理装置。厌氧处理技术是处理非下水道粪便的一种方法，这种
25、方法被日本广泛使用，日本约有50的粪便处理厂采用厌氧处理技术，其余的则采用焚烧或化学处理的方法来处理。日本的厌氧处理工艺是按照废水处理要求来设计的，处理后的粪便 要求达到废水排放标准。 1.2.1.1 欧美模式 在欧美等发达国家，其城市下水道发展初期的主要目的是解决粪便和污水排泄问题。 19 世纪中期欧洲和北美就注意投入城市下水道建设用以收集粪便， 20 世纪初开始兴建城市污水处理厂进行污水粪便合并处理。对于城区外未享受下水道服务的区域，污水粪便则采用化粪池和土壤吸附床或砂滤床构成的现场处理方式。 以美国城市为例，其下水道的兴建已有 160 年的历史。 20 世纪 40 年代末期污水粪便集中处
26、理系统就有了一定规模，下水道人口普及率已达到 50，城市污水处理厂服务人口普及率接近 30；此后服务人口普及率基本保持年均 0.6 -0.7的增长速率，至 90 年代下水道和城市污水处理厂均达到 80。按照目前的城市污水粪便集中处理系统的服务能力及其技术水平，可以估得美国至少已累计投入基础建设资金 2500多亿美元。 4 美国城市粪便的处理主要采用特殊处理与污水治理相结合的方法。 1.在距污水处理厂较近的粪便接收站，由抽粪车将粪便从化粪池中抽出，运到接收站，仅采用粗固液分离和除砂设备，对粪便污水进行初级处理，处理后的过滤液，直接排放到污水处理厂的污水总进口处，与市政污水混合后进入污水的深度处理
27、，分离出的大块 固体物送填埋场填埋，从而实现对粪便的无害处理。 2.在远离污水处理厂的粪便接收站，在固液分离装置的作用下，将分离出的液固混合物经贮存调节池，由污泥泵泵入密封的污泥脱水机，经除泥脱水处理后， 滤清液排入市政排水管网，进入污水处理厂进行深度无害化处理。分离出的大块固体物送填埋场填埋，脱水后的干物质用以制造有机生物肥料。 在 20世纪 90年代，曾在西欧提出粪便的独立系统无害化处理的方案，形成一种完整的粪便处理站模式，但因种种原因均未实现，其中最主要的原因是选择可靠的脱水装置难，脱水后的粪液生化处理设施造价昂贵 ，占地面积大，运行费用高，而不得实施。但从粪便的无害化处理和废物资源化看
28、，建设完整的粪便处理站还是具有一定的现实意义的。 1.2.1.2 日本模式 在日本，粪便用于农业已有 1000 多年历史，城乡之间，由城市粪便和农业作物种植构成一种有效的再循环系统，农民自发组织起来的城市粪便收集系统和土地施用处置系统一直成功地运作到上世纪 40 年代末。但这种循环系统也带来了扩散传染病和寄生虫病的危害。因而早期日本在国际上有“寄生虫王国”的名称。为此，日本在 40-50 年代曾研究和使用了多种粪便简易无害化处理方法，如多池腐化处理 法、化学药物处理法、加热处理法及粪尿分离处理法等，在这些方法逐步推广使用的同时，土地施用粪便也因多种原因急剧下降，特别是日本职业病总部建议禁止使用
29、未经消毒灭菌处理的城市粪便还田。因而在没有城市污水处理系统的地区，大量收集的粪便向城市附近区域倾倒，给环境和健康带来严重的影响。 1954 年起，粪便的净化处理成为日本全国的一致行动，政府开始配置收集处理粪便的机构和投资兴建处理设施。首座粪便净化处理厂是吸收改进欧美的污泥厌氧消化处理工艺建造的，运转成功后迅速在全国推广，至 1960 年建设了 40 多座粪便厌氧消化处理厂， 其处理量占当时收集量的20。之后 10年，日本新建和改建粪便厌氧消化处理厂 600多座，使处理率上升到 66。 60 年代末，日本粪便处理的目标由“成本低廉、卫生灭菌”提高到“低污染、高质量”，开始应用一些新开发的技术，如
30、好氧处理、湿式氧化及化学处理等。另外，开发的现场处理技术 -日本式净化槽也以每年新建 30万 -40 万座的速度递增。 日本虽然是一个经济大国，但下水道普及率还不高， 2001 年为 61。但其粪便处理率高达100，日本采用粪便单独处理法，除标准稀释法、加压曝气法、物理化学处理方式等，其他应用的5 方法主要 有粪便净化槽。日本一直致力于粪便净化槽的就地处理技术研究，主要有两个研究方向：大量驯化和培养分解有机物能力强的微生物，净化槽内微生物的固定和增值。这些处理方式对下水道普及率低的国家有普遍的指导意义，反映了粪便处理的发展趋势。 1.2.1.3 发展中国家的处理模式 除去上述两种模式外，在大多
31、数发展中国家，城市以近郊作为消纳处置场所一直是最主要的粪便处置方式，长期以来人们更多地关注粪便的资源利用而较少考虑粪便的污染危害。 目前，在发展中国家使用较为广泛的粪便处理系统有各种改良型旱厕和化粪池、渗井、桶式车运、真空 吸粪车、小口径污水管、混合堆肥及沼气发酵等。在一些发展中国家的城镇，大多数居民使用的是各自的原位卫生设施，如化粪池或元排水系统的厕所等。从这些系统中收集到的粪便污泥常是未经处理就排放到城市或城市周围的环境中，对水资源及公众健康造成了极大的威胁。与废水处理相反，适于发展中国家的粪便处理设施长期被忽视。 在亚洲、非洲及拉丁美洲的城市地区，排泄物的处置是很戏剧性的：每天位卫生设施
32、 (无排水系统的家庭及公厕、化粪池 )将产生几千吨的污泥，这些所的粪便污泥，未经任何处理便被排进了排水沟，然后进入内陆水域、河口和海洋在非洲 和亚洲， 65 -100的城镇居民主要依靠原位卫生系统处置粪便，只有部分城市中心商业区具有排水设施。在拉丁美洲， 50以上的大城市住户有排设施，而在中小型城镇中，绝大多数的住户还是利用原位卫生设施，特别是化池。人畜粪便的收集及运输在大城市存在巨大的困难，如运输工具常常无法接坑池，交通阻塞妨碍了倾倒和拖运，倾倒的设施疏于管理。人畜粪便处理处置者利用的适宜地点可能仅在郊区。因此，拖运的距离相对较远。无论是从经济度还是从生态角度考虑，在大城市拥挤的道路上进行人
33、畜粪便的远距离、小容 运输都是不适宜的。目前广泛使用的 方法是用真空运输容器从各点收集然后就处理，以此保证经济效益。 大多数情况下，人畜粪便未经处理就被用于农业生产中，会给人类健康带来极大的威胁，如污染水源，病原物感染人的眼、鼻，造成眼、鼻疼痛。在许多城市里，粪便倾倒点和露天化粪池都接近居民区、低收入区，它们威胁着该地区居民的健康，特别是儿童易与杂乱堆置的排泄物接触。在我国，排泄物处置的传统做法是将其用桶或真空粪罐车从各家各户或公厕收集起来，然后用于农业或水产养殖。据报道，我国每年在城市收集的 3000 万吨人畜粪便，大部分未经处理就被利用了。由于关系到潜在的广大群 众的健康，我国政府及研究机构开始了对人畜粪便处理处置的研究。 1.2.2 我国城市粪便处理的发展 随着我国城市建设和经济的发展，城市粪便处理系统从极低技术水平起步，至今已形成一定规
