堆肥型生态厕所处理有机废弃物的基础实验

堆肥型生态厕所处理有机废弃物的基础实验摘要：堆肥型生态厕所具有节水、无异味、废物资源化的特点，是有机废弃物资源化的新技术。本文利用堆肥型生态厕所（Bio-toilet），对人体排泄的有机废弃物的资源化进行基础实验研究，四周的初始运行结果表明，堆肥型生态厕所对粪便降解率随时间增加总体趋势增高，在三周以后达到97%以上；对堆肥样品的化学分析测试表明，C/N尚未达到肥料腐熟标准，但有机物、N、P含量较高，有利于将来作为农肥施用。关键词：堆肥型生态厕所；有机废弃物；资源化；降解率ABasicStudyonRecycleofOrganicWastebyComposting-typeBio-toiletAbstract:Abasicstudyofrecycleoforganicwasteofhumanbeingisshowninthispaperbyusingcomposting-typeBio-toilet.Composting-typeBio-toiletisanewtechnologyandhastheadvantagesofwater-free,goododorandrecycleofwaste.Theresultsin4weeksindicatedthatthedegradationratewasincreasingwithdegradationtime,anddegradationratewasbeyond97%after3weeks.C/Nhasnotreachedthestandardofmaturity,however,thecontentoforganicmatter，NandPiscomparativelyhigh,whichcanbeafuturefertilizerinfarmland.Keywords:composting-typeBio-toilet;organicwaste;recycle;degradationrate引言人类生活中每天产生大量的有机垃圾，如人们每天产生的生活粪便、厨余等有机垃圾；农业生产中的农作物秸秆、菜根、菜叶；畜牧养殖业的畜禽粪便、垫草、剩余饲料；酿造业及食品工业废弃物等等，这些有机废弃物占用土地，污染环境，导致农业面源污染与水体富营养化，同时造成了资源的严重浪费。各国有机垃圾占生活垃圾的比重为：东京，29%[1]；马尼拉，50%[2]；中国香港，32%[1]。随着我国城市居民生活水平的提高,垃圾增长速度加快,有机垃圾占生活垃圾的比重约为30-50%。目前垃圾处理的传统方法[3][4]主要有：填埋法，焚烧法，堆肥法等。这些处理方法各有优、劣势，“填埋法”直接将废物分解，占用土地、浪费能源；传统的“堆肥法”处理时间长，卫生条件差，肥效低，成本高，不利于在城市或农村普及推广；“焚烧法”有减量化的效益，兼有热能回收的优点，但会造成二次污染，且不能实现资源的回收利用。有机废弃物是一种错置的资源，本身含有大量的有机与营养物质，资源化的潜力巨大。目前，生态厕所作为废弃物资源化的新技术的已经被研究并使用。所谓生态厕所是以减少水消耗为特点，以将废物转变为有用的资源、对环境不造成污染为特征，并且无臭，安全卫生的厕所。生态厕所具有广泛的环境效益与社会效益、甚至经济效益。美国国家环保局早在80年代就支持和建立了一批带有堆肥功能的厕所，并在相关法律中增加了支持和鼓励生态卫生排水系统发展的内容。欧洲近年来研究开发了一种非混合型的分离式厕所，即将尿液贮存后用作农肥，粪便作堆肥处理。日本也研制出堆肥型生态厕所，无需用水，无味，无须投入菌种，厨余和粪便经好氧发酵后可以作为优质的有机肥使用。在我国，不同处理技术、各种类型的生态厕所已在各地开始使用。主要类型有无水打包型、生物处理制肥型、循环水冲型[5]，“无水打包型”的特点是将排泄物打包、密封，防止臭味外泄。厕所本身不污染周围环境，但打包后的粪便没有发生任何的降解反应，最终被送到垃圾填埋场，宝贵的资源没有得到有效的利用，从严格的意义上说不能列入生态厕所的行列；“生物处理堆肥型”一般需要另外投入菌种，粪便发酵后成为可以利用的有机肥;“循环水冲型”利用粪便处理菌对粪便废水进行处理,处理净化后的水可用于再循环冲洗厕所，从而形成良性的循环系统，无臭味、无污染物排放，节约水资源，其不足之处是存在如何有效利用污泥、以及如何降低能源消耗和降低处理成本等几方面的问题。综合来看，堆肥型生态厕所符合免水、无异味、废物资源化的特点，是真正意义上的生态厕所。本文利用堆肥型生态厕所（Bio-toilet），对人体排泄的有机废物进行初步实验研究，以期实现这种有机废弃物资源化新技术的应用与推广。实验仪器本实验采用堆肥型生态厕所进行人体排泄物的污染控制技术与资源化研究。所用主要仪器为日本正和电工株式会社生产的S-15型生态厕所，结构如图1所示。主要参数：外型尺寸：长×宽×高，1000mm×620mm×623mm；重量，150kg；马达功率，40w；电热条功率，200w；电压，AC100V；锯木屑，0.15m3；最多使用人次，约16-20人次/天。工作原理：在便座下的不锈钢盒子中装入适量的锯木屑为反应介质，通过适当搅拌使得排入的粪便与锯木屑混合并在好氧条件下发生分解。同时用电热条控制其中的温度均衡并高于大气温度，使得小便中的水分以及粪便分解过程中产生的水和二氧化碳通过排气扇排入大气。粪便中的N、P等营养盐留在锯木屑中，经过一段时间后将其取出就是干燥、清洁的优质有机肥料，可施用于农田，进行有机废弃物的资源化循环利用。这一新型生态厕所的关键技术在于必须维持反应器中氧、水分和温度三者的平衡，使得排入其中的粪便和厨房有机垃圾发生好氧分解。小便中95%为水分，小便中的水分蒸发后，粪便的体积大大减少。锯木屑的高孔隙率使得粪便在好氧条件下发生分解，其分解速度快，分解过程中不发生臭味。最终的产物从某种意义上讲是被浓缩的、性状安定的、易于使用的有机肥料。[6]其它实验仪器有：温湿度计；数字式单探头温度仪表；电子计数秤（TB-MKC-300），最大量程300kg，精度值：20g智图葱1搞蠢堆肥型生态厕咏所结构示意图置F惩ig.1S案tructu小reof忠compos奉ting-t少ype颜Bio-泡t凭oilet2实验方法禾200乞4泄年张5欣月歇2食4伸日诞-式6桨月六2滋0姐日，在南京大霜学内，采用堆真肥型生态厕所均S扭-1骨5券，进行室内温救度、湿度测试闻，反应器温度绩测试，有机废惕弃物降解率测乌试与样品化学萍分析测试。黎2.1无扯室内温度、湿锯度条件测试澡每天上午昏（芹7.00-1骄0.0逢0急）、中午黎（蜓13.00-跟14.3雀0活）、下午缓（矿16.00-娱18.3享0漆）记录温度、撕湿度。步2.2堵澡反应器温度测再试筋在厕所反应器绍内确定六个分惯布均匀的点，奇用温度计测试惧内部温度，取青平均值为反应丈器的平均温度纽。每天上午、炊中午、下午测哥试，记录。迎2.3皂厚有机废弃物降忙解率测试约每天记录使用香人次与有机废谋物投入量，并夏进行统计分析瓶。易投入有机废弃您物的重量厕Ｗ杏i寄：使用电子秤礼测量投入有机俱废弃物的重量刘。使用者每次添使用厕所前后淡称量体重，体呢重变化的差值诱⊿要Ｗ窃i衬为投入有机废包弃物的重量。弟实际增加的废物弃物总重量欠Ｗ搁s霞：每周称量厕挺所投入有机废樱弃物前后的重宅量鸟,区其差值为经降谈解后实际增加电的的有机废弃派物重量。振有机废弃物降阅解率塔r骡＝（反Ｗ脾i莫—惹Ｗ疾s芹）／蛛Ｗ档i幸2.4厌后样品化学分析山测试边按照厕所标记锡的六个分布均御匀的点，每搅柴拌一次，取一相次样。按开征关纸RU欺N昨，使反应器搅包拌三次，分别鸦用固定的容器摧取三次，穴共耐1央8胖个点。然后混尼匀，遭取扁80动g影左右样品测试幻。慈3替相结果与讨论木3.1表础室内温、湿度奉条件统计嘱℃院，湿度擦，烟23.8%-催70%门万。如孔图讽2姿，罢图烧3昆所示。总体来促说，上午温度鞋低于中午和下拼午，但湿度比纽中午和下午高赶。中午和下午陡的温、湿度差军别不大茄。鞭2战5撕℃国以上的温度占谈测得室内温度展所有点旨的劣84.2%宋,盼湿度物在腔45裹%焦以上的占测得蜘室内湿度所有台点储的专72.7仔%栏。图2室内温度统计图2室内温度统计Fig.2Housetemperature图3室内湿度统计Fig.3Househumidity扩3.2丘娇反应器温度条舍件统计图4BT反应器内温度统计Fig.4TemperatureinreactorofBT脊日本北海道大震学环境工程系止的榜Sonoko稼Nakta距等以大肠杆菌椅存活量为指标涌对抑制病原菌杀生长的因素进只行了实验，发处现温度与病原醉菌浓度存在一替定关系，争45换℃押以上的高温能赠明显抑制或消恳灭病原菌。剑[7]南℃宫之间，含45菠℃拦以上占所有测执量点温度平均秆值室的甩78.5逼%嫩，这对病原菌旋的抑制非常有炸图4BT反应器内温度统计Fig.4TemperatureinreactorofBT唱3.3棉挣有机废弃物降研解效率统计练每天记录使用危人次与有机废垃物投入量，并彼进行统计分锁析疲,耽结果如玩表光1终所示。大便和眨小便的频次比旋为知1雷2郊：束83=1:礼6.作9铲。小便投入量巾较多。究表麦1泡滑实验纽期间权使用人次与有揉机废物投入量浴统计责Tab.1铁Freque潜ncyof篇users衔andw川eight旦oforg留anicw粒aste嫌使用人蒜次来(爹次这)酿排泄物重量（辩kg挺）稿大便配小便猫总计堵大便缩小便错总计雕第青1压周谷0室1兼1范0体0.16吴0.16蠢第照2挖周鼻4泼41伯45婚1.82理9.28尼11.1苹第抓3亚周掠5唐26类31鸣1.56盐5.98饮7.54针第局4泳周亏3城16板19扭0.98连3.56挑4.54咬总计村12庭83蜜95然4.36开18.98念23.34图5有机废物的降解效率Fig.5Degradationrateoforganicwaste图5有机废物的降解效率Fig.5Degradationrateoforganicwaste码对堆肥型生态漆厕所对有机废如物的降解效率倾进行统计，如喇图纺5矩所示。实验开屯始，为保持湿乘度，加虎入录10.45弦kg饲水，以保持一穴定的湿度。由爱图可见，堆肥挽型生态厕所对安有机废物的降就解效率非常高条，四周的降解增率依次桐为极76.53忆%尚，条82.91死%每，吊97.85店%构，烤97.37耗%叔，降解率在第米三周之后平稳练。这可能是因做为本次实验运杠行期间尿液（怒含水）的比例炮较高，蒸发比功例较大。肠3.4僻撒样品分析测试社堆肥型生态厕师所完全不需用管水，最终产出辉的是干燥、清拦洁的肥料。按仙照有机肥料的浸标准进行检测购，并与日本常Tadaha量ruIsh物ikawa云等用康堆肥型嫁生态厕所乖所作的实验产盗出肥料熊[8]佩进行比较，结殊果如煌表督2绳所示。毙在心7膨周的运行时间反内，症Tadaha辉ruIsh受ikawa肢等将属粪便尿液和厨雁房有机垃圾同址时投入反应器且，晕人体排泄线物熔2kg活/尖天，厨房垃残圾机0.4kg见/年天。女由于食物构成隔不同，投入量冠多，时间长等帐原因，和本实乎验堆肥样品相度比较，有机物老和各种元素含巾量均较高，尤遣其是垫P六、著K草含量高，原因馅可能是厨房垃止圾中球P拖、打K土含量高霜。疲C腹、式N丢含量接近，可涨能是因为均以枣木屑为基质，趣尿液涌中岭N脸的含量很高。晶C/盗N傍是最常用于评访价腐熟度的参吩数。适合于翁微生物作用选的有机补物稻C/N湖介碗于牛20:酷1春至溪30:1融[9]奖。罢Goluek难e贤指出腐熟的堆工肥卷C/N庄值小穷于笋2仁0蛛。筐[10]届本实验堆肥样雄品与日方样品盏在四周、七周进时间范围栋内脚C/粘N健分别为切34.63涌，割28.5牺0瑞，均未到达腐迟熟的状态。犯以吓C/庆N鸭分析，在四周暗内，本实验未聪能使微生物达贴到良好状态。愚但四周时间内角累积的有机物造、炎N吵、姓P洽含量较高，预畅计随着时间增瑞加，将会很快魂达到腐熟状态丘，有利于将来辰作为农肥施用刺。巷表哪2斤导堆肥型生态厕辉所样品分析测堂试结果予Tab贞.2更Deter端minati顺onand灵analy桶sisof潮compo简sting-藏typeB滑io-toi吗letsa娱mple缝本实验堆肥样壁品测试结果掌*倡嘉Tadaha戏ruIsh悟ikawa捞等哀测试结果按N既（脚%院）能1.21荒1.514案P贯（垫P糠2嘱O蜘5供）（薪%缝）晨1.03朵3.704局k纲（饱K池2烈O挖）（饮%牌）絮0.30冠15.055窑C略（斗%荣）鸟41.90厕43.146乘有机物（躲%采）通95.23掌--喜C/N牙34.63慎2载8诵．拉50雅*朵本实验检测依拖据：芝NY/T30道4-95鹿，刺JY/T02诞023-96智，阻JY/T01得7-964．结论暖堆肥型生态厕妇所是有效的有往机废物处理有别效、实用的新途技术。经实验宇证明，反应器沾内部对45始℃偶以上的温度值季占所有测量点欺温度平均值蚁的招78.5西%盏，这对病原菌睛的抑制非常有咐利钓。彩B女T竿对有机废物的恼降解效率随时记间增加总体趋娘势增高，在三南周以后达熔到魔97仗%类以上，四周对泥人体排泄物的绞降解率依次爪为膨76.53旺%拆，浴82.91纱%搬，例97.85新%牲，义97.37随%勾。虽然在四周尸的时间范围内械未到达腐熟的蹲状躁态伴,C/酬N壁为方34.63史。但本实验堆汽肥样品的有机芽物闻、互N给、品P络含量较高，预尾计随着时间增钳加，将很快达挡到腐熟状态，昨有利于将来作隶为农肥施用。讽由于时间所限邻，仅针对人体侮排泄不物军—叹—挂粪便与尿液，竿对四周的废弃口物处理情况作兆以说明。更长显期的实验累计疯结果尚需详细扮统计分析；实凳际运用过程中事的节能方式、歼对范围更广的丑有机废弃物的魔处理效果等需负进一步研究；述与该技术配套捉的收集与管理牲措施，规划等长尚需深入调查纲与分析。参考文献培[1]累躬铃木胖，《循枕环工程学》，馆日本，能量与届资源学会出版普，渗199原2器：犯25萄.纸[2]泪Tatsuo如O旱.锣,Emer灵linda煮R.R稀.疏,Metr亿oMani究lain答Search再ofa闭Sustai否nable旁Future墙.皇Philip姑pines贯:来Univer妥sityo有fthe饲Philip洞pines确Press,跳2000.班[3]旺苗城市垃圾处理兴技术及应用前军景搭.湾伸吴洪颈均丑.械障环境保护略，压200哪0堪年慈1罪2坏月酸:14-1泥6.射[4]坝亭城市垃圾处理粪方法综蝴述脚.寻宏王丰春，田新缝珊，蔡广壶宇暮.满葛电力环境保护苦，项2003,1缺9(1):聋46-48.怒[5载]雷杜刑兵屋,搅司亚纲安圈,淡孙艳六玲雾.六生态厕所的类萌型及粪污处理洗工漂艺孩.叨给水排水飘，眠2003,2碧9刷（丹5祸）嗓:60-62亡.宽[6]多Ishik的awaT.档,Ushi狱jimaK套.,Shi帝nozawa始K.,创etal瘦..特APrel帮iminar杠yStud胡yfor宗Improv置ement吉ofWat戴erEnv倡ironme吉ntin灿Metro倡Manila冬byOn启-site息Treatm便entof州Organ凡ic意Waste厉.挺Proc弄eeding幼s坏of陶TheIn拦ternat否ional扮Sympos斤iumon雕Bioma垄ssWas菌teTre往atment窝Using辅Sawdu系stas饼anArt晓ificia荣lSoil多Matri振x昼,拣