对城市人粪便进行处理和利用的一种方法

专利名称：对城市人粪便进行处理和利用的一种方法
技术领域：
本发明涉及城市环境保护工作，特别是一种对城市人粪便进行处理和利用的一种方法。
随着城市环境愈来愈恶化，对城市环境的保护工作被提到了重要日程。造成城市环境污染的主要因素有各种工矿企业排放的废水、废气、废渣，城市居民排放的生活垃圾和人粪便。由此可见，人粪便是造成城市环境恶化的主要因素之一。城市人粪便对环境产生污染主要有以下几个方面。一、大气污染由人粪便中散发出的各种恶臭物质导致，如H2S、NH3、甲胺、二甲胺、粪黄胆素等二、水污染我国城市水体BOD、COD的超标，主要是由城市垃圾粪尿等生物废物污染所致。三、疾病传染，这是因为人粪便中含有大量的病原体和各种寄生虫卵。人粪便产生的三大类危害中的第三类，即疾病传染最为严重，这主要是由于人粪便中含有的病原体和寄生虫卵的生命力特别顽强，通过很多途径可使人感染疾病。如痢疾在土壤里可存活22-142天，结核杆菌在土壤里可存活360天左右，蛔虫卵在土壤里可存活315-420天，沙门氏菌在土壤里可存活35-70天。这些有害物对蔬菜的污染最为严重，如对北京市蔬菜进行抽样检查，仅以大肠杆菌和蛔虫卵两项指标进行检测，有73.11％的蔬菜含有大肠杆菌，有29.03％的蔬菜含有蛔虫卵。针对人粪便给环境造成严重污染这一事实，产生了很多对人粪便的处理方法。
欧美国家把城市人粪便排入下水管网，经污水处理厂处理后进行排放。其处理实质是利用微生物来吸附、分解、氧化人粪便其中的有机物。日本的处理方法是先厌氧消化30天(温度在30-35度)，后继以20倍水稀释的好氧处理，再稀释20倍曝气，进行一级活性污泥和二级活性污泥处理。这种处理方式存在的问题是厌氧消化温度在30度-35度，不能有效地消除人粪便中的病原体和寄生虫卵；也未作资源化利用。在德国一些地方，如NORDHAUSEN、THUMGEN等地建有粪便排放站，对粪便进行初级处理后排入市政管网。这种排放站是利用高效的固液分离设备将粪便中的固体物质最大限度地除去，降低排入市政下水管道的粪便中固体含量和BOD浓度。
上述国外的这些处理方法未能解决以下问题1、不能彻底消除人粪便中各种病原体和寄生虫卵。2、未能对人粪便进行除臭处理。3、最后形成的活性污泥也不能当作资源加以利用，因为它里面含有大量的重金属，如汞、铅、铬、砷等。
国内的处理方法也有多种，如广州市粪便处理方法采用的是丹麦技术，即沉淀稀释、三段生物滴滤和化学沉淀法三级处理工艺，到厂的城市人粪便首先经预沉池将部分固体除去，上清液进行加水稀释后，BOD浓度由4000MG/L降至1000MG/L，进入二级生物滴滤处理，出水进行化学沉淀，然后排放；对粪渣实行厌氧发酵，最后形成活性污泥。
上海的处理方法是深度处理法首先经过预沉分离粪渣，再对粪渣进行厌氧处理，好氧处理粪液，以及进行生物消化和氨氮降解，并与焚烧相结合。
北京市的处理方法是把粪便中大于7毫米以上的杂物去除，然后经调节池加入絮凝剂进行固液分离，分离出的粪水送往水处理厂，粪渣作为农肥或送去填埋。
国内还有其他一些城市先把粪便进行自然发酵，然后送去填埋。国内的上述这些处理方式都未能彻底解决使粪便无害化和资源化等问题。国内的另一种处理模式是把人粪便和垃圾混合在一起进行发酵，最后形成堆肥。上述国内的这些处理方法未能有效地消除人粪便对环境的污染，如人粪便中的病原体和寄生虫卵、人类粪便散发出的恶臭味，以及人粪便对水的污染，另外未能对人粪便进行有效的资源化利用。
经过基础研究发现人粪便的组成主要包括化学成份、各种病原体和寄生虫卵和散发恶臭的臭气物质，具体的讲，人粪便的组成成份主要有纤维素、半纤维素、未消化的蛋白质、氨基酸、吲哚、硫化氢、丁酸、硫酸盐、磷酸盐、氯化物，还有相当于5％的灰分物质。
人粪便中的病原体和寄生虫卵为病菌有沙门氏菌、大肠杆菌、伤寒杆菌、霍乱杆菌、钩端螺旋体、链球菌属、结核杆菌等；病毒有肝炎病素、胃肠病毒、脊髓灰质炎病毒、人肠道致细菌病毒、柯萨基病毒等；寄生虫卵有血吸虫、钩虫、蛔虫、鞭虫等。
导致人粪便散发的恶臭主要有三大类物质，这三大类物质是硫化物、胺化物、脂肪类化合物；硫化物有甲硫醇、乙硫醇、二甲基硫、二乙基硫、硫化氢；胺化物有甲基胺、乙胺、三甲基胺、氨；脂肪类化合物有丁稀、丁酸、丙酮、丙稀醛。
人粪便成分常规测定(以北京市人粪便为例)含水量 95-99％ PH值7-8 比重1.01含碳量 0.5-1.0％ 总氮0.23-0 45％ 总磷0.02-0.05％总钾 0.055-0.07％COD:15000-50000MG/L BOD:8000-15000MG/L总固体14000-20000MG/L SS:8000-15000MG/L大肠杆菌值10-1010回虫卵死亡率30-50％总有机碳1490-2360MG/L本发明的目的是在对人粪便进行基础研究之后提供一种无害化处理和资源化利用的方法。
针对人粪便散发恶臭的复杂性，采用了生物、物理和化学处理的综合技术。该技术的核心是通过将自行研制的添加剂加入到人粪便里，使其在一定的温度、压力和催化剂的条件下，经过一定时间进行化学反应，将人粪便中臭气物质转变成其他无害特质，以此达到除臭的目的。如为了除去粪便中的臭鸡蛋味，在添加剂中配有铜盐，使其在反应中生成硫化铜而沉淀下来；为了去除粪便中的腥臭味，添加了与甲胺、二甲胺可以反应生成另外的无害物质的添加剂。
无害化技术是处理人粪便的关键技术之一，该技术针对病菌、病毒和寄生虫卵各自的特性，对病菌和寄生虫卵主要采取化学和物理相结合的方法加以处理。化学处理是通过自行研制的添加剂，这添加剂是指几种化学物质按一定的最佳浓度配比而形成的，这里的化学物质主要是指氧化剂。物理处理主要是指温度和蒸气压力，如温度要达到最难处理的病菌和寄生虫卵的最低死亡温度，如伤寒杆菌的最低死亡温度为55度，沙门氏菌的最低死亡温度是60度，美洲钩虫最低死亡温度为45度。化学反应时间要达到病菌和寄生虫卵死亡的最低时间。这里的温度、压力和时间是通过多次实验而测得。对病毒的处理主要采用生物技术、化学技术和物理技术相结合。生物技术在这里主要是指自行研制的添加剂，这种添加剂是指添加其它的生物物质和化学物质从大蒜中提取的物质。这种添加剂和其它的化学添加剂结合在一起具有消除人粪便中的各种病毒的消毒作用。
以往，对人粪便进行资源化利用的技术是把人粪尿和其他有机物料，如农作物桔杆及其它一些有机废弃物料混合在一起发酵，这里的发酵时间一般很长，最短时间为一个月，有的长达2-3个月。这样不利于大规模工业化生产，降低了工作效率，且形成的堆肥的肥效不高，并富含重金属。在这里采用自行研制的添加剂使人类粪便在很短的时间内进行降解，在降解人粪便的同时，该添加剂还对人粪便的肥效起到增效的作用。这里的添加剂是配制的一种以有机物料为主，再添加另外一些其他化学物质，如有机物料中有豆饼、油饼、红糖及其他一些有机物质，化学物质的配比是根据人粪便中的养分含量低而补充的一些农作物所需要的营养元素，如B、M、K、Zn、Me等元素。
本发明的对城市人粪便进行处理和利用的一种方法包括将人粪便经除渣、无害化处理、除臭处理、初步降解处理，然后冷却，加入絮凝剂调解人粪便的脱水性能，再经气浮、脱水，对气浮分离出来的水和用脱水设备脱出来的水进行水处理，对脱水后的人粪便添加分解剂和增效剂进行降解和增效反应，再进行干燥，将经过上述处理和干燥后的人粪便中添加有效的微量元素和其它一些对农作物有效的物质即可成为农用肥。
其中，所述除渣过程是利用除渣机把人粪便中的砖头、石块、塑料袋、卫生巾及其他一些大的杂物去除。
所述无害化处理，是把除渣后的人粪便进行无害化和除臭处理，初步降解同时完成。在此过程中加入除臭剂和灭病原体和寄生虫卵的添加剂，其具体方法如下在3-5％的硫酸镁水溶液中添加硫酸亚铁，配成含有10-15％的硫酸亚铁混合溶液，然后在其混合溶液中添加1-3％的硫酸铜水溶液和3-5％的氯化锌水溶液，其添加重量比例为1∶1，再往混合溶液中添加大蒜提取液，其大蒜提取液在混合液中的添加重量比例为5-8％，把此配好的混合液按1％的重量比例添加在人粪便中，在配制3-8％的石碳酸水溶液和8-15％的高锰酸钾水溶液，把这两种配好的溶液按1∶1的重量比例混和均匀，按10％的重量比例添加到人粪便中，在温度为71-90度，通入的蒸汽压力为1-3个大气压的条件下反应10-15分钟。
所述大蒜提取液的提取方法为先把大蒜去皮，然后把去皮的大蒜搅碎，把搅碎后的大蒜添加4-6％的酒精和10-12％的菜子油，在0-10度的条件下反应3-5个月而成。
所述冷却过程是对除臭和无害化进行完毕后，对人粪便进行有效冷却，以便于脱水。其具体方法为对人粪便进行除臭和无害化处理后，用大铁罐盛装，大铁罐的大部分放在冷水池中，温度降到30-35度。
所述加入絮凝剂调解人粪便的脱水性能的过程是对冷却后的人粪便添加助凝剂和絮凝剂，使人粪便易于脱水，改变人类粪便的脱水性能。其具体方法为方法一，先配制5-10％的氢氧化钙水溶液，再按10-20％的重量比例添加于冷却后的人粪便中，然后往其中添加20％的聚合氯化铝溶液，其添加重量比例为7.5-10％。方法二，先配制4-8％的氢氧化钙水溶液，再按10-15％的重量比例添加于冷却后的人粪便中，然后往其中添加2‰浓度的聚丙烯酰胺水溶液，其添加重量比例为5-10％。
所述气浮过程是对改变脱水性能后的人粪便进行气浮，使聚凝后的人粪便和水分离开。
所述脱水过程是对改变了脱水性能后的人粪便脱水，使其含固率达到30％-40％。其具体方法为把添加进去的两种成分和人粪便混合均匀后，把聚凝后的人粪便用真空吸附的方法对其吸去大部分游离状态的水，使其成为薄饼状，然后对其进行压榨，使其成为比较干的滤饼。
所述对气浮分离出来的水和用脱水设备脱出来的水进行水处理过程是对气浮分离出来的水和用脱水设备脱出来的水进行微孔滤过，降低水的色度和其中的有机质。
所述对脱水后的人粪便添加分解剂和增效剂进行降解和增效反应过程是对脱水后的人粪便添加分解剂和增效剂进行反应，使人粪便中的各种高分子有机物降解，同时对人粪便的肥效进行增效反应。其具体方法为往脱水后的人粪便添加分解剂和增效剂，所述其分解剂的添加重量比例为7-10％，所述增效剂的添加重量比例为10-15％。分解剂的合成方法为米糠13-17份，油饼9-12份，豆饼11-15份，糖类4-6份，硫酸铵3-8份，水45-55份，将这几种物质混合在一起，在温度为60-70度下反应一个月而成。所述增效剂为硝酸钾，将增效剂和分解剂与脱水后的人粪便混合均匀，在发酵反应釜内反应4-6小时，反应的条件为温度50-70度，在反应过程中要对物料进行均匀的搅拌。
所述将经过上述处理和干燥后的人粪便中添加有效的微量元素和其它一些对农作物有效的物质过程是对干燥后的人粪便进行有效地配比，这里的配比主要是指添加一些有效的微量元素和其它一些对农作物有效的物质。
其具体方法为首先配制微量元素添加剂，其具体配比为硫酸锰，比例为0.01％-0.03％；硼酸，比例为0.03％-0.05％；硫酸锌，比例为0.01％-0.04％；钼酸，比例为0.01％-0.02％；硫酸铜，比例为0.01％-0.02％；硫酸亚铁，比例为0.02％-0.05％。其它一些对农作物有效的物质为以草碳为载体，加入固氮菌、解磷菌、解钾菌，其添加比例为5％。
本发明的对城市人粪便进行处理和利用的一种方法具有以下特点1、人粪便经过除臭处理，已消除了人粪便的恶臭味。
2、经处理后的人粪便，经北京市环境卫生科学研究所检测，达到了国家规定的人粪便无害化标准，检测具体结果如下表粪便大肠杆菌菌值大于0.111大肠杆菌指数小于9000蛔虫卵 阴性[-]而国家规定粪便无害化标准GB7959-87是粪大肠菌值 0.1-0.01蛔虫卵死亡率95％-100％由两表对照可以看出，国家规定粪便无害化标准是每克粪便中含有大肠杆菌数为10个至100个；蛔虫卵死亡率为95％至100％，而经本发明的方法处理后的人类粪便中不含有大肠杆菌及蛔虫卵。
3、人粪便经处理后脱出来的水进行检测，BOD为80MG/L,COD为120MG/L，符合国家规定的排放标准。
4、人粪便经处理形成后的HDJ绿色高效有机肥，经检测氮、磷、钾含量远远高于国家规定的相关标准，具体检查结果如下
而国家规定的相关标准如下表氮大于0.5％磷大于0.3％钾大于1％经北京朝阳区农科所做大田实验，施用垃圾制作的有机肥与农作物，每亩用量为3000公斤，即每亩投入的氮为12公斤至15公斤，磷为5.4公斤至7.8公斤，钾为13.5公斤至21公斤。各种农作物的增产效果如下西红柿、柿子椒、大白菜增产幅度为5.9％至13.5％；玉米、水稻增产幅度为14.7％至76.0％，小麦增产幅度为11.6％至47.6％。用HDJ绿色高效有机肥，从投入的氮、磷、钾总含量来讲，每亩用200公斤，就能够达到上述的增产效果。在保定地区博野县城东乡岗子村做大田实验，把该肥料和尿素当作追肥用在洋白菜上做肥效效果的定性对比，该肥料的综合肥效比尿素要高。把该有机肥用作底肥和其它肥料进行肥效定量对比，所用农作物有西红柿，茄子，豆角，黄瓜，其具体结果如下黄瓜(品种为津杂6号)<
豆角(品种为保丰
西红柿
茄子
上述四表中的有机堆肥为作物结杆、猪粪、人类粪尿混和发酵而成。试验具体结果如下四表黄瓜
豆角
西红柿
茄子
下面结合实施例进一步描述本发明实施例1一种对城市人粪便进行处理和利用的一种方法，它包括以下步骤1、除渣取城市人粪便2吨，用RO3.1(德国琥珀公司制造)进行除渣，除去其中的卫生巾、塑料袋以及其它杂物。
2、无害化处理用无堵塞式污水泵，从除渣后的人粪便抽出1吨，注入L1500水解反应釜中。
(1)、配制4％的硫酸镁溶液10升，在此溶液中加入硫酸亚铁，配成含有12％的硫酸亚铁混合溶液。
(2)、配制2％的硫酸铜溶液10升，在此溶液中加入氯化锌，配制含有3.5％的氯化锌混合溶液。
(3)、把(1)和(2)配制好的溶液混合在一起，再往此混合溶液中添加大蒜提取液，大蒜提取液的添加比例为6％，把这三种溶液混合均匀。
(4)、先配制5％的石碳酸100升，再配制10％的高锰酸钾100升，把这两种溶液混合均匀。
(5)、把(3)中配好的溶液取出10升，把(4)中配好的溶液取出100升，将这些添加剂添加到反应釜中，开动反应釜的搅拌装置，搅拌3分钟，然后往反应釜中通入2个大气压的蒸汽，反应6分钟，反应温度控制在80度，在反应过程中连续搅拌。
3、冷却把2中无害化处理后的人粪便放入2000升的大铁罐中，铁罐置于冷水池中，把无害化处理后的人粪便冷却到30度。
4、调解人粪便的脱水性能把3中冷却后的人粪便用污水泵抽入到絮凝设备中。
(1)、先配制10％的氢氧化钙70升水溶液，添加于冷却后的人粪便中。
(2)、方法一配制浓度为20％聚合氯化铝溶液100升，添加入已加有氢氧化钙水溶液的人粪便中，使其混合均匀。方法二先配制8％的氢氧化钙水溶液80升，添加于冷却后的人粪便中，然后往其中添加2‰浓度的聚丙烯酰胺水溶液75升，使其混合均匀。
5、气浮把4中絮凝后的粪便用污水泵抽入到气浮设备中，进行气浮，使絮凝好的人粪便和水分离开。
6、脱水把5中絮凝分离后的人粪便用污水泵抽入到储料罐中，再从储料罐把它放入DZY1000脱水设备中进行脱水。
7、水处理把5中气浮分离出来的水和6中脱出来的水进行微孔过滤，以进一步降低水的色度和其中的有机物及悬浮物含量。
8、增效和分解反应按米糠13份，油饼10份，豆饼12份，红糖5份，硫酸铵5份，水55份，配成10公斤。把这些配好的添加剂放入发酵反应罐中，温度控制在55度，反应一个月。把此反应好的添加剂加入到脱水后的人粪便中，并使之混合均匀。再把3公斤的硝酸钾加入到上面的原料中。用传送带把这些物料输入到搅拌反应罐中，温度控制在65度，反应5个小时。
9、干燥用搅龙装置把8中反应好的原料输送到RX250型干燥机中进行干燥。
10、配比硫酸锰0.01公斤，硼酸0.03公斤，钼酸0.01公斤，硫酸铜0.02公斤，硫酸亚铁0.04公斤，含有固氮菌，解磷菌，解钾菌的草碳3公斤，把上述配好的添加剂放入9中干燥后的半成品中，并使之混合均匀，形成绿色高效有机肥。
权利要求
1.对城市人粪便进行处理和利用的一种方法，其特征是包括将人粪便经除渣、无害化处理、除臭处理，初步降解处理，然后冷却，加入絮凝剂调解人粪便的脱水性能，再经气浮、脱水，对气浮分离出来的水和用脱水设备脱出来的水进行水处理，对脱水后的人粪便添加分解剂和增效剂进行降解和增效反应，再进行干燥，将经过上述处理和干燥后的人粪便中添加有效的微量元素和其它一些对农作物有效的物质即可成为农用肥。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述除渣过程是利用除渣机把人粪便中的砖头、石块、塑料袋、卫生巾及其他一些大的杂物去除。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述无害化处理、除臭处理、初步降解同时完成，包括在3-5％的硫酸镁水溶液中添加硫酸亚铁，配成含有10-15％的硫酸亚铁混合溶液，然后在其混合溶液中添加1-3％的硫酸铜水溶液和3-5％的氯化锌水溶液，其添加比例为1∶1，再往混合溶液中添加大蒜提取液，其大蒜提取液在混合液中的添加比例为5-8％，把此配好的混合液按1％重量比例添加在人粪便中，再配制3-8％的石碳酸水溶液和8-15％的高锰酸钾水溶液，把这两种配好的溶液按1∶1的比例混和均匀，按10％的重量比例添加到人粪便中，在温度为71-90度，通入的蒸汽压力为1-3个大气压的条件下反应10-15分钟。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述大蒜提取液的提取方法为先把大蒜去皮，然后把去皮的大蒜搅碎，在搅碎后的大蒜中添加4-6％的酒精和10-12％的菜子油，在0-10度的条件下反应3-5个月而成。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述冷却过程是对人粪便进行无害化处理、除臭处理、初步降解后，用大铁罐盛装，大铁罐放在冷水池中，使罐中物质温度降到30-35度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是所述加入絮凝剂调解人粪便的脱水性能的过程是对冷却后的人粪便添加絮凝剂或助凝剂。
7.如权利要求6所述的方法，其特征是先配制5-10％的氢氧化钙水溶液，再按10-20％的重量比例添加于冷却后的人粪便中，然后往其中添加20％的聚合氯化铝溶液，其添加重量比例为7.5-10％。
8.如权利要求6所述的方法，其特征是先配制4-8％的氢氧化钙水溶液，再按10-15％的重量比例添加于冷却后的人粪便中，然后往其中添加2‰浓度的聚丙烯酰胺水溶液，其添加重量比例为5-10％。
9.如权利要求1所述的方法，其特征是所述脱水过程是把聚凝后的人粪便用真空吸附的方法对其吸去大部分游离状态的水，使其成为薄饼状，然后对其进行压榨，使其成为比较干的滤饼，其含固率达到30％-40％。
10.如权利要求1所述的方法，其特征是所述对气浮分离出来的水和用脱水设备脱出来的水进行水处理过程是对气浮分离出来的水和用脱水设备脱出来的水进行微孔滤过，降低水的色度和其中的有机质。
11.如权利要求1所述的方法，其特征是所述对脱水后的人粪便添加分解剂和增效剂进行降解和增效反应过程是往脱水后的人粪便添加分解剂和增效剂，所述分解剂的添加重量比例为7-10％，所述增效剂的添加重量比例为10-15％；分解剂的合成方法为米糠13-17份，油饼9-12份，豆饼11-15份，糖类4-6份，硫酸铵3-8份，水45-55份；将这几种物质混合在一起，在温度为60-70度下反应一个月而成；所述增效剂为硝酸钾，将增效剂和分解剂与脱水后的人粪便混合均匀，在发酵反应釜内反应4-6小时，反应的条件为温度50-70度，在反应过程中要对物料进行均匀的搅拌。
12.如权利要求1所述的方法，其特征是所述将经过上述处理和干燥后的人粪便中添加有效的微量元素和其它一些对农作物有效的物质过程是首先配制微量元素添加剂，其具体重量配比为硫酸锰，比例为0.01-0.03份；硼酸，比例为0.03-0.05份；硫酸锌，比例为0.01-0.04份；钼酸，比例为0.01-0.02份；硫酸铜，比例为0.01-0.02份；硫酸亚铁，比例为0.02-0.05份；其它一些对农作物有效的物质为以草碳为载体，加入固氮菌、解磷菌、解钾菌，其添加量为5份。
全文摘要
本发明为一种对城市人粪便进行处理和利用的方法。它包括:将人粪便经除渣、无害化处理、除臭处理、初步降解处理,然后冷却,加入絮凝剂调解人粪便的脱水性能,再经气浮、脱水,对气浮分离出来的水和用脱水设备脱出来的水进行水处理,对脱水后的人粪便添加分解剂和增效剂进行降解和增效反应,再进行干燥,将经过上述处理和干燥后的人粪便中添加有效的微量元素和其它一些对农作物有效的物质即可成为农用肥。本发明的对城市人粪便进行处理和利用的一种方法具有以下特点:人粪便经过除臭处理,已消除了人粪便的恶臭味;经处理后的人粪便,经北京市环境卫生科学研究所检测,达到了国家规定的人粪便无害化标准。
文档编号C02F1/24GK1233596SQ9910603
公开日1999年11月3日 申请日期1999年4月28日 优先权日1999年4月28日
发明者黄大军 申请人:黄大军