城镇粪便无害化处理资源化利用示范工程流水线

城镇粪便无害化处理资源化利用示范工程流水线

粪便以其丰富的有机质和作物生长发育所需要的氮、磷、钾元素成为农家传

统的有机肥料。近年来由于石油农业发展和农民用肥习喷的改变，农业对粪便施

用日趋减少。而农村集镇化的加速和畜禽养殖业规模化的发展更加剧了城镇环境

治理的压力。尤其是现代化封闭型的规模养殖业的发展，大量未经处理的禽畜粪

尿和废水严重地污染环境，成为与工业废水和生活污水一样的污染源口。“粪

多为患”已成为农村集镇环境治理中的一个棘手问题。

人、畜粪便的处理和利用，因为涉及环境保护、资源利用和人民的身体健康，

历来为国内外科技、产业界所关注，往往采取无害化、减量化或资源化的技术路

线消纳粪便，以求得化害为利，变废为宝。一些发达国家往往不惜巨资研制工艺,

美国应用聚丙烯酸碱配合脱水工艺处理粪便；口本用板框压滤加高压离心方法

处理；瑞典HAMSTERN粪水处理系统采用真空压滤脱水；丹麦采用螺旋压缩脱

水。这些工艺共同点是耗资巨大，不适我国国情。检阅国内粪便处理的技术，大

体也是沿着这三条技术路线拓展。利用厌氧发酵产生沼气是粪便无害化处理资源

化利用最普遍的方法，中国农业工程研究设计院成功设计1300/总容积的沼气

池，保定用大型沼气池所产的沼气进行发电。鹤岗市有将无害化处理后的粪便制

成颗粒肥料的报道。商丘的全塑封闭式粪便无害化厕所、金华的生态公厕、江苏

的AUAT型公厕都是以无害化技术路线进行设计。国内的多数研究，工艺固然简

单，但处理效果欠佳。然而，国内外的有关研究，为深化研究提供了借鉴，经多

方案遴选、消化、组装，终于完成了我国第一条粪便无害化处理资源化利用工程

流水线的组装工作。

1研究概述

研究分工程流水线研制、生产和用肥环境监测、肥效测定三部分。前者为研

究核心，后两部分为应用作出评价：研究涉及环保、生化、工程、机械、农化等

诸多学科，有机组合形成整体。

粪便无害化处理资源化利用的工程流水线采用液固分离，脱臭杀菌、机械成

型工艺路线，使粪便制成颗粒肥料。

生产和用肥环境监测，应用常规环保测定技术对厂区排放水和颗粒肥料及

农产品毒理学指标进行测定，为安全生产和用肥提供依据。

肥效测定以拉丁方设计进行颗粒肥料用量的单因子试验，测定不同颗粒肥

料用量对作物产量和营养成分的影响，为颗粒肥料合理用量提供依据。

2工艺研制

2.1工艺原理

城镇粪便是一种高粘度、富含有机质、粒子细微、含水量高的复杂浑浊胶体。

据对平阳县敖江镇人粪尿采样分析，人粪pH8.17〜9.15,CODcr26,742〜28,

584mg/L,BOD510,450〜11,975mg/L,TKN6440〜8540mg/L,NH,-N5400〜

6993mg/L,密度1.01〜1.04g/cm3,含水量95%左右,为将粪便中的干物质制

成消毒的有机肥“同时降低残留废水的COD和BOD,达到既得到颗粒肥料又降

低排放水的污染目的，在粪便中加入一定量的絮凝剂。胶体和悬浮物质颗粒在絮

凝剂作用下，由于电荷中和作用和桥连作用，使粪尿液中的胶质悬浮物凝聚并

与水溶液分离。分离后的糊状凝聚物经进一步脱水、恒温发酵、膨化成型制成颗

粒肥料。尿液经好氧发酵继之嫌氯发酵降低COD、BOD而排放。

2.2工艺流程

粪液经格栅去除杂质后流入储粪池，由卧式高压怙水泵抽提进入搅拌反应

桶。当粪尿液达反应桶容量1/3时，开始投放絮凝剂并继续进料，搅拌器运转搅

拌3min达液固两相分离的目的。经凝聚反应的粪尿进入滚筒污泥式脱水机，脱

去粪尿含水量的25%。700kg的物料进入真空干燥机，保持物温50c〜60℃,在

700kg/cm2压力下脱水4h,脱去水分4（洪〜45机经脱水的粪便由输送带送往发酵

罐，此时脱水粪便的含水量约55%,在发酵罐40c下发酵6h,耗失含水量10%〜

15%。发酵后的粪便送往造粒机，此时可据作物生长的需要添加其他必要成分，

膨化造粒制成颗粒肥料。

经液固分离所得的尾水由管道输入曝气池。由90n?空气压缩机从曝气池的不

同方向送入压缩空气，在强大的气流压力下产生旋涡，为尾水好氧发酵创造了

良好的条件。经8h曝气的尾水送入贮水池进入沉淀池静置,在嫌氧发酵中污泥部

分得以沉淀。经水处理的尿液水D、BOD分别下降到1451n水L、60mg/L,＞加药消

毒杀菌即可排放。排放水经土壤渗透进一步降低了BOD、C0D的含量。其工艺流

程如图1所示。

原料粪便一格栅一储率池

泵

絮凝剂一反应桶

污泥华水机一曝气池一贮水池一沉隼池

杀菌

真空干燥机排华池

造粒机土壤渗透

排放水

颗粒肥料

图1工艺流程图

3环境监测

环境监测分牛产区环境监测和颗粒肥料应用环境监测两部分c对牛产区的排

放水测定如表1所示。经二程流水线液固两相分离，尾水中的COD、BOD只有原粪

的3.31%和5.15%。经水处理系统好氧、嫌氧发酵，COD进一步降至1.83%;再经

土壤渗透流入毗邻厂区的河道，检测排放口河水的COD和BOD只有6.16mg/L和

5.64mg/L,仅为原粪0.22%和O05%,大大降低了粪便对环境的压力,缓解了

水质的恶化。

表1工程排放的水质变化mg/L

采样阶段pHCODcrBOD5NH3-NSS

原粪8.9276631121262007215

液固分离7.9917577—625

好氧发酵8.3687——167

嫌氧发酵8.4505——239

排放水口7.66.165.640.07

测定颗粒肥料和农产品的残毒如表2、3所示，表明颗粒肥料虽富集了微量重金

属，但都在正常污泥所含重金属域值之内：控制在国外有关国家污泥农田施用

有毒物质最高允许含量之下⑺，说明颗粒肥料可在农田应用。

施用颗粒肥料的甘蓝肥效和产品毒理学测定表明：颗粒肥料能够增加产量，

增进品质。检出5种重金属，未检出Cr、Cd、Pb,含有微量的Zn和Cu;但与我

国南方蔬菜卷心菜、青菜⑵比较，均在本底值之内。从毒理学角度阐明颗粒肥料

在农田应用是安全的。

表2颗粒肥料和污泥重金属含量比较mg/L

重金属ZnCuPbCrCd

人粪颗粒肥料328.135.416.50.02.1

鸡粪颗粒肥料80.016.513.2o.o1.8

正常污泥1000-3000500-1500100-30050-2005〜15

表3施用颗粒肥料甘蓝和

我国南方蔬菜重金属含量比较mg/t

重金属ZnCuPbCrCd

甘蓝（干重）34.06.00.00.00.0

甘蓝（鲜重）3.090.550.00.00.0

南方卷心菜3.220.370.040.0080.066

（鲜重）(25卜(01州(002-(0005^(Q03六

419)Q58)Q05)Q015)Q12)

青菜4210500087003Q19

（一重）(198〜(016〜(0024〜(Q012-(004广

095)71R)nm0761nRR)

4肥效测定

为测定颗粒肥料的肥效，用拉丁方排列，以小同颗粒肥料用量进行对比试

验。试验分别在小白菜、水稻、甜橙等作物上进行，证明颗粒肥料有一定肥效。

分析测定表明，人粪颗粒肥料有机质含量达5.17%,全氮3.23%,全磷3.5K,

全钾0.38%,富集了人粪中的氮磷，而钾对作物生长稍感不足。鸡粪颗粒肥料原

料虽来自集约化的养鸡场，因饲料掺有砂砾而使有机质、三要素相对含量降低；

但有机质仍达47.67%,氮磷钾分别为2.42%,1.92%,1.97%。由于原料的富集

作用，颗粒肥料中含有微量的重金属；但在正常污泥控制值⑶之内。表明颗粒肥

料可安全使用于农田。

大田颗粒肥料肥效测定表明：不同颗粒肥料施用量的甘蓝或白菜均比对照生

长茁壮，产量增加。至采收期，不论生物产量抑或经济产量，处理与对照比较均

达极显著差异。

随施肥量增加，甘蓝叶球相对含水量增加，叶球鲜嫩，粗蛋白、全醵量增加，

叶球经济性状改善；但维生素C含量下降。下降原因在于维生素C主要贮藏于绿

叶部分，随施肥量增加结球率上升，绿叶比下降导致维生素C下降。水稻在

300kg/ha尿素基肥基础上再追施颗粒粪肥则引起倒伏，是否氮肥过