关键词：粪便；厨余垃圾；真空收集；厌氧消化；厌氧折流板反应器；菌肥
粪便是城市生活环境产生的固体废物污染源，传统上也具有资源的概念。由于多种原因城市粪便农用已急剧下降；虽然人们对城市粪便的处理处置寄希望于下水道的普及和污水处理厂的兴建，但统计表明近年来全国粪便清运量不是随着下水道普及率提高而下降，反而表现出显著正相关；城市粪便完全作为废物的集中处理方式投资较大、运转费用较高。
另一方面，我国城市生活垃圾构成中，厨余垃圾比例约37％～62％，其含水率高达85％～90％，有机质占干物质的95％以上。导致垃圾焚烧和填埋处理时热值较低，填埋场渗滤液污染浓度高。因此如果将厨余垃圾在源头上分离出来，进行单独收集与处理利用，不但可以实现城市垃圾减量化，减少中转和运输费用，而且有利于城市垃圾的焚烧和填埋处理，还可以对粪便垃圾中的有机质回收利用。
基于以上2方面的考虑，设计了系统工艺方案，对粪便与厨余垃圾的源头收集及现场处理技术进行了分单元小试研究。
1系统工艺方案
本工艺方案系统组成包括粪便及厨余垃圾的真空收集、固形物的厌氧消化、消化污泥的造粒制肥、混合污水的厌氧-好氧处理等处理单元，是一套从废物的收集到现场处理及资源化的较完整的技术和设备，系统工艺流程见图1。
真空系统收集的粪便及厨余垃圾首先经真空罐混合排入固液分离池，分离的上清液排入地埋式污水处理系统的调节池，底部的固体部分排入地埋式厌氧消化反应器。厌氧消化产生的上清液排入污水处理系统的调节池；消化污泥经脱水（排入调节池）、脱臭后，加入菌剂进行造粒制肥。来自3个部分的污水经调节池混合后由流量计控制流量排入厌氧-好氧污水处理单元中进行处理，出水达标排入市政污水管网或直接排入水体。系统产生的沼气可收集利用。
2处理单元小试研究
2.1真空收运系统
真空系统中，真空泵抽取真空罐及管网内的空气形成0.035～0.045MPa的相对真空。工作时，通过系统的用户终端将粪便和破碎的易腐性有机垃圾分别吸入真空管网，并经逐级输送进入真空罐。
2.1.1粪便真空收集
真空便器是真空收集系统的一个用户终端，可完成家庭粪便的真空收集。
图1系统工艺流程
小试研究结论为：①真空便器的冲水量约为1L/次；②粪便的固含量约为1.7％；③臭气控制好，不散发，不招惹蚊蝇；④管道内部为负压，故系统没有跑冒滴漏现象；⑤真空管网管径小（Φ50～250mm）。
2.1.2垃圾破碎-真空抽吸器
垃圾破碎-真空抽吸器用来完成厨余垃圾的破碎及真空收集。主要由进料斗、机芯、暂存罐和界面阀组成。进料斗即是一个垃圾桶，平时将厨余垃圾置入其内，通过机芯对厨余垃圾的破碎、暂存罐对厨余垃圾的暂时储存、界面阀与真空管网的连接，实现厨余垃圾的破碎、真空抽吸。采用直径30cm的破碎-真空抽吸器进行厨余垃圾的破碎试验，小试研究结论为：①依靠真空作用抽吸，水起润滑作用，1kg垃圾用水0.4～0.6L；②破碎1kg垃圾所需时间＜10s；③破碎后垃圾颗粒直径小于5mm，不会造成管道堵塞。
2.2厌氧消化系统研究
针对家庭粪便及厨余垃圾特点研究厌氧消化的工艺参数及反应器的适宜停留时间。采用有效容积约56.5L的反应器，并配一功率为800W的泵用于循环搅拌，进行小试，图2所示为厌氧消化反应器分批进料工况下，不同搅拌频率下产气率随时间的变化曲线。
图2不同搅拌频率时产气率随时间的变化
根据以上试验数据，为保证较快地达到较高的产气率，并考虑尽量减少动力消耗，确定最佳搅拌频率为6h/d。当搅拌频率为6h/d时，试验了粪便垃圾混合比对C/N的调节，pH变化及控制，水解酸化时间及适宜停留时间等工艺设计参数。
小试结论如下：①使进料达到C:N＝25:1左右的进料比例约为粪便占40％，厨余垃圾占60％。水分控制在93％左右。一般家庭产生的粪便及厨余垃圾的质量比为1:1，其中粪便C:N＝（6～10）:1，厨余垃圾C:N＝（25～34）:1；②pH控制在6.2～7.3之间；③最佳搅拌频率为6h/d；④水解（7d）和酸化（7d）阶段停留时间14d，产甲烷阶段停留时间14d。据此可将厌氧消化反应器设计成2个相互连通的消化罐，其中第1个罐通过加装竖向隔板将整个有效容积按1:2的比例来分配，使得物料进入厌氧消化反应器水解酸化段后，第15d进入产甲烷罐，反应器总停留时间控制在30d内。
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