摘要：堆(dui)肥型生(sheng)態廁(ce)所(suo)具(ju)有(you)(you)節水、無異味(wei)、廢(fei)物資(zi)(zi)源(yuan)化(hua)(hua)的特點，是有(you)(you)機(ji)廢(fei)棄物資(zi)(zi)源(yuan)化(hua)(hua)的新技術。本文利用堆(dui)肥型生(sheng)態廁(ce)所(suo)(Bio-toilet)，對人體排泄的有(you)(you)機(ji)廢(fei)棄物的資(zi)(zi)源(yuan)化(hua)(hua)進(jin)行基礎(chu)實(shi)驗研究，四周(zhou)的初始運行結果(guo)表明(ming)，堆(dui)肥型生(sheng)態廁(ce)所(suo)對糞便降解率隨時間增加總體趨勢(shi)增高，在三周(zhou)以后達到97%以上；對堆(dui)肥樣(yang)品(pin)的化(hua)(hua)學分(fen)析測試表明(ming)，C/N尚未達到肥料腐熟標準，但(dan)有(you)(you)機(ji)物、N、P含量較(jiao)高，有(you)(you)利于(yu)將來作為(wei)農肥施用。

關鍵詞：堆肥型生態(tai)廁所；有機廢棄物；資(zi)源化；降解率

引言

人(ren)類生活(huo)中每天產生大量的(de)有機垃(la)圾，如人(ren)們每天產生的(de)生活(huo)糞(fen)便(bian)、廚余等有機垃(la)圾；農(nong)業生產中的(de)農(nong)作物秸(jie)稈(gan)、菜根、菜葉；畜牧(mu)養殖業的(de)畜禽糞(fen)便(bian)、墊草、剩余飼料；釀造業及食(shi)品工業廢棄物等等，這些有機廢棄物占(zhan)用土地，污染環境(jing)，導致農(nong)業面源污染與(yu)水(shui)體富營養化，同時(shi)造成了(le)資源的(de)嚴重浪(lang)費。

各國(guo)有機(ji)垃(la)圾(ji)占(zhan)生(sheng)活垃(la)圾(ji)的(de)(de)比重為：東京(jing)，29%[1]；馬尼拉，50% [2]；中(zhong)國(guo)香港(gang)，32%[1]。隨著我國(guo)城市居(ju)民生(sheng)活水平的(de)(de)提高(gao),垃(la)圾(ji)增長速度加快,有機(ji)垃(la)圾(ji)占(zhan)生(sheng)活垃(la)圾(ji)的(de)(de)比重約為30-50%。目(mu)前垃(la)圾(ji)處理的(de)(de)傳(chuan)統方(fang)法(fa)(fa)(fa)[3][4]主(zhu)要有：填埋法(fa)(fa)(fa)，焚(fen)(fen)燒法(fa)(fa)(fa)，堆(dui)肥法(fa)(fa)(fa)等(deng)。這些處理方(fang)法(fa)(fa)(fa)各有優、劣勢，“填埋法(fa)(fa)(fa)”直(zhi)接將廢物分解，占(zhan)用土地(di)、浪(lang)費能源；傳(chuan)統的(de)(de)“堆(dui)肥法(fa)(fa)(fa)”處理時間長，衛生(sheng)條(tiao)件差，肥效(xiao)低，成本(ben)高(gao)，不利于在城市或農村普及推廣；“焚(fen)(fen)燒法(fa)(fa)(fa)”有減量化的(de)(de)效(xiao)益，兼有熱(re)能回收(shou)的(de)(de)優點，但會造成二次污(wu)染，且不能實(shi)現資(zi)源的(de)(de)回收(shou)利用。

在(zai)我國，不(bu)同處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)技術(shu)、各種類(lei)型(xing)的(de)(de)生態(tai)(tai)廁(ce)所已(yi)在(zai)各地開(kai)始使(shi)用。主要(yao)類(lei)型(xing)有無(wu)水打(da)(da)包(bao)(bao)型(xing)、生物(wu)(wu)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)制肥型(xing)、循(xun)環(huan)水沖(chong)(chong)型(xing)[5]，“無(wu)水打(da)(da)包(bao)(bao)型(xing)”的(de)(de)特點是(shi)將排泄物(wu)(wu)打(da)(da)包(bao)(bao)、密封，防止臭(chou)味外泄。廁(ce)所本身(shen)不(bu)污染(ran)周圍環(huan)境，但(dan)打(da)(da)包(bao)(bao)后的(de)(de)糞(fen)(fen)便(bian)沒有發生任何(he)的(de)(de)降解(jie)反應，最終被送到垃圾填埋場，寶貴的(de)(de)資(zi)源沒有得到有效(xiao)的(de)(de)利(li)用，從(cong)嚴格(ge)的(de)(de)意義上說不(bu)能列入生態(tai)(tai)廁(ce)所的(de)(de)行(xing)(xing)列；“生物(wu)(wu)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)堆肥型(xing)”一般需要(yao)另(ling)外投入菌(jun)種，糞(fen)(fen)便(bian)發酵后成(cheng)為可以(yi)利(li)用的(de)(de)有機肥;“循(xun)環(huan)水沖(chong)(chong)型(xing)”利(li)用糞(fen)(fen)便(bian)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)菌(jun)對(dui)糞(fen)(fen)便(bian)廢水進行(xing)(xing)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li),處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)凈(jing)化后的(de)(de)水可用于再循(xun)環(huan)沖(chong)(chong)洗廁(ce)所，從(cong)而(er)形成(cheng)良性的(de)(de)循(xun)環(huan)系統，無(wu)臭(chou)味、無(wu)污染(ran)物(wu)(wu)排放(fang)，節約(yue)水資(zi)源，其不(bu)足之處(chu)(chu)是(shi)存在(zai)如何(he)有效(xiao)利(li)用污泥、以(yi)及(ji)如何(he)降低(di)能源消耗和降低(di)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)成(cheng)本等幾方面的(de)(de)問(wen)題。

綜合來看，堆肥型生(sheng)(sheng)態(tai)廁所符合免(mian)水(shui)、無異味、廢物(wu)資源化(hua)的(de)特點，是真(zhen)正意義上的(de)生(sheng)(sheng)態(tai)廁所。本(ben)文利用堆肥型生(sheng)(sheng)態(tai)廁所(Bio-toilet)，對人體排泄的(de)有機(ji)廢物(wu)進行初(chu)步實(shi)驗研究，以(yi)期實(shi)現這種(zhong)有機(ji)廢棄物(wu)資源化(hua)新技術的(de)應(ying)用與(yu)推(tui)廣。

1 實驗儀器

本(ben)實驗采(cai)用(yong)堆(dui)肥(fei)型生態廁所進行人體排(pai)泄物的(de)污染(ran)控制(zhi)技術與資源化(hua)研究(jiu)。所用(yong)主要儀器(qi)為(wei)日本(ben)正和電(dian)工(gong)株式會社生產的(de)S-15型生態廁所，結構如(ru)圖(tu)1所示(shi)。

圖1 堆肥型生態廁所結構示意圖

主要參數：

外型尺寸：長×寬×高(gao)，1000mm×620mm×623 mm；重(zhong)量(liang)，150kg；馬達功率，40w；電熱(re)條(tiao)功率，200w；電壓(ya)，AC 100V；鋸木(mu)屑，0.15m3；最多使用人(ren)次，約16-20人(ren)次/天。

工作原理：在便(bian)(bian)(bian)座下(xia)的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼盒(he)子中(zhong)(zhong)(zhong)裝入(ru)適(shi)量(liang)的(de)(de)(de)鋸木(mu)屑為(wei)反應(ying)介質(zhi)，通過適(shi)當攪拌使(shi)得排入(ru)的(de)(de)(de)糞(fen)便(bian)(bian)(bian)與鋸木(mu)屑混合并在好氧(yang)條(tiao)件下(xia)發(fa)生分解。同時(shi)用(yong)電熱條(tiao)控制其中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)溫度(du)均(jun)衡并高于(yu)大(da)氣溫度(du)，使(shi)得小(xiao)(xiao)便(bian)(bian)(bian)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)分以及糞(fen)便(bian)(bian)(bian)分解過程中(zhong)(zhong)(zhong)產生的(de)(de)(de)水(shui)(shui)和(he)(he)二氧(yang)化碳通過排氣扇排入(ru)大(da)氣。糞(fen)便(bian)(bian)(bian)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)N、P等營養鹽(yan)留(liu)在鋸木(mu)屑中(zhong)(zhong)(zhong)，經過一(yi)段時(shi)間后將(jiang)其取出(chu)就是干(gan)燥、清潔的(de)(de)(de)優質(zhi)有機肥料，可施用(yong)于(yu)農田，進行有機廢(fei)棄物的(de)(de)(de)資源(yuan)化循(xun)環利(li)用(yong)。這一(yi)新型生態廁所的(de)(de)(de)關鍵技(ji)術在于(yu)必須維持(chi)反應(ying)器中(zhong)(zhong)(zhong)氧(yang)、水(shui)(shui)分和(he)(he)溫度(du)三(san)者的(de)(de)(de)平衡，使(shi)得排入(ru)其中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)糞(fen)便(bian)(bian)(bian)和(he)(he)廚房有機垃圾(ji)發(fa)生好氧(yang)分解。小(xiao)(xiao)便(bian)(bian)(bian)中(zhong)(zhong)(zhong)95%為(wei)水(shui)(shui)分，小(xiao)(xiao)便(bian)(bian)(bian)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)分蒸發(fa)后，糞(fen)便(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)體(ti)積大(da)大(da)減少。鋸木(mu)屑的(de)(de)(de)高孔隙率使(shi)得糞(fen)便(bian)(bian)(bian)在好氧(yang)條(tiao)件下(xia)發(fa)生分解，其分解速度(du)快，分解過程中(zhong)(zhong)(zhong)不(bu)發(fa)生臭味。最終(zhong)的(de)(de)(de)產物從某種意(yi)義(yi)上講是被濃縮的(de)(de)(de)、性(xing)狀安定的(de)(de)(de)、易于(yu)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)有機肥料。[6]

其它實驗(yan)儀器有：溫(wen)濕度計；數字式單探頭溫(wen)度儀表(biao)；電子計數秤(TB-MKC-300)，最大量程300kg，精度值：20g

2 實驗方法

2004年5月(yue)24日-6月(yue)20日，在南(nan)京大學(xue)內(nei)，采用堆肥型(xing)生態廁所S-15，進行室(shi)內(nei)溫度、濕度測試，反應器(qi)溫度測試，有機廢棄物降(jiang)解率(lv)測試與樣品化(hua)學(xue)分析測試。

2.1 室內溫度、濕(shi)度條件測試

每天上午(7.00-10.00)、中(zhong)午(13.00-14.30)、下(xia)午(16.00-18.30)記(ji)錄溫度、濕度。

2.2 反應器(qi)溫度測試

在(zai)廁所(suo)反應(ying)器內(nei)(nei)確定(ding)六個分(fen)布均勻的(de)點，用溫(wen)(wen)度計測試(shi)內(nei)(nei)部(bu)溫(wen)(wen)度，取(qu)平均值(zhi)為反應(ying)器的(de)平均溫(wen)(wen)度。每天上午(wu)(wu)、中午(wu)(wu)、下(xia)午(wu)(wu)測試(shi)，記錄(lu)。

2.3 有機廢棄物降解率測(ce)試

每天(tian)記錄(lu)使(shi)用人次與有機廢(fei)物投入量，并進行統計分析(xi)。

投入(ru)有(you)機廢棄(qi)(qi)物的(de)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)Wi：使用電子秤測量(liang)(liang)投入(ru)有(you)機廢棄(qi)(qi)物的(de)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)。使用者每(mei)次使用廁所前后稱(cheng)量(liang)(liang)體重(zhong)(zhong)，體重(zhong)(zhong)變化的(de)差值⊿Wi為投入(ru)有(you)機廢棄(qi)(qi)物的(de)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)。

實(shi)際增加的(de)(de)廢(fei)棄(qi)物(wu)總重量Ws：每(mei)周稱(cheng)量廁(ce)所投入有(you)機廢(fei)棄(qi)物(wu)前后的(de)(de)重量,其差值(zhi)為經降(jiang)解后實(shi)際增加的(de)(de)的(de)(de)有(you)機廢(fei)棄(qi)物(wu)重量。

有機廢棄(qi)物(wu)降解(jie)率r＝(Wi—Ws)/Wi

2.4 樣品化學(xue)分(fen)析測試

按(an)照廁(ce)所標記的六個分布均勻(yun)的點(dian)，每攪(jiao)拌一次(ci)(ci)，取一次(ci)(ci)樣。按(an)開(kai)關(guan)RUN，使反(fan)應(ying)器攪(jiao)拌三(san)次(ci)(ci)，分別用固定的容(rong)器取三(san)次(ci)(ci)，共18個點(dian)。然后混(hun)勻(yun)，取80g左右樣品測試。

3 結果與討論

3.1 室內溫(wen)、濕度條件統計

廁所的(de)實驗(yan)室(shi)內條件是：溫(wen)度，17.6-34.5℃，濕(shi)度，23.8%-70% 。如(ru)圖2，圖3所示。總(zong)體(ti)來說，上(shang)午(wu)溫(wen)度低(di)于中午(wu)和(he)下午(wu)，但濕(shi)度比中午(wu)和(he)下午(wu)高。中午(wu)和(he)下午(wu)的(de)溫(wen)、濕(shi)度差別不(bu)大。25℃以(yi)上(shang)的(de)溫(wen)度占測(ce)(ce)得(de)室(shi)內溫(wen)度所有點的(de)84.2%,濕(shi)度在45%以(yi)上(shang)的(de)占測(ce)(ce)得(de)室(shi)內濕(shi)度所有點的(de)72.7%。

3.2 反應器(qi)溫度條件統計 

圖2 室內溫度統計                                                            圖3室內濕度統計

日本北海道大學環境工程系的Sonoko Nakta等以大腸桿菌存活量為指標對抑制病原菌生長的因素進行了實驗，發現溫度與病原菌濃度存在一定關系，45℃以上的高溫能明顯抑制或消滅病原菌。[7]經實際測驗，如圖所示，反應器溫度的平均值保持在39.1-51.8℃之間，45℃以上占所有測量點溫度平均值的78.5%，這對病原菌的抑制非常有利。

圖4 BT反應器內溫度統計

3.3 有機廢棄(qi)物(wu)降解效率統計

每天記錄使用人次與有機(ji)廢物投(tou)入(ru)量(liang)，并進行統計分析(xi),結果如表1所示。大便和小便的頻次比(bi)為12：83 =1: 6.9。小便投(tou)入(ru)量(liang)較多。

表1 實驗期間使用人次與有機廢物投入量統計

對堆肥型生態廁所對有機廢物的降解效率進行統計，如圖5所示。實驗開始，為保持濕度，加入10.45kg水，以保持一定的濕度。由圖可見，堆肥型生態廁所對有機廢物的降解效率非常高，四周的降解率依次為76.53%，82.91%，97.85%，97.37%，降解率在第三周之后平穩。這可能是因為本次實驗運行期間尿液(含水)的比例較高，蒸發比例較大。

圖5 有機廢物的降解效率

3.4 樣品分析測試(shi)

堆(dui)肥型(xing)(xing)生(sheng)態(tai)廁(ce)所完全不需用水，最終產出的(de)是干燥、清潔的(de)肥料(liao)。按照有機(ji)肥料(liao)的(de)標準進(jin)行檢測，并與日(ri)本Tadaharu Ishikawa等用堆(dui)肥型(xing)(xing)生(sheng)態(tai)廁(ce)所所作的(de)實(shi)驗產出肥料(liao)[8]進(jin)行比(bi)較，結(jie)果(guo)如表2所示。

在7周的(de)運(yun)行時間內，Tadaharu Ishikawa等(deng)將糞(fen)便(bian)尿液和(he)廚房(fang)(fang)有(you)機垃(la)圾同時投入反應器(qi)，人體排泄物2kg/天，廚房(fang)(fang)垃(la)圾0.4kg/天。由于(yu)食(shi)物構成不同，投入量多(duo)，時間長等(deng)原因(yin)，和(he)本(ben)實(shi)驗堆肥樣品相比較，有(you)機物和(he)各種元素含(han)(han)(han)量均(jun)較高(gao)，尤其是P、 K含(han)(han)(han)量高(gao)，原因(yin)可(ke)能是廚房(fang)(fang)垃(la)圾中(zhong)P、 K含(han)(han)(han)量高(gao)。C、N含(han)(han)(han)量接近，可(ke)能是因(yin)為均(jun)以木(mu)屑為基質，尿液中(zhong)N的(de)含(han)(han)(han)量很(hen)高(gao)。

C/N是最常用(yong)于(yu)評價腐(fu)熟度(du)的參數。適合(he)于(yu)微生(sheng)物(wu)作用(yong)的有機物(wu)C/N介(jie)于(yu)20:1至30:1[9]。Golueke指出腐(fu)熟的堆肥C/N值小于(yu)20。[10]本實驗(yan)堆肥樣品與(yu)日(ri)方樣品在(zai)(zai)四周(zhou)、七周(zhou)時(shi)間(jian)范(fan)圍(wei)內(nei)C/N分(fen)別為(wei)34.63，28.50，均未(wei)到(dao)達(da)腐(fu)熟的狀(zhuang)態(tai)。以(yi)C/N分(fen)析，在(zai)(zai)四周(zhou)內(nei)，本實驗(yan)未(wei)能使微生(sheng)物(wu)達(da)到(dao)良好狀(zhuang)態(tai)。但四周(zhou)時(shi)間(jian)內(nei)累積(ji)的有機物(wu)、N、P含量較(jiao)高，預計隨著(zhu)時(shi)間(jian)增加，將(jiang)(jiang)會(hui)很快達(da)到(dao)腐(fu)熟狀(zhuang)態(tai)，有利于(yu)將(jiang)(jiang)來作為(wei)農肥施用(yong)。

4．結論

堆肥型生態(tai)廁所是有(you)效的(de)(de)有(you)機廢物處(chu)理(li)有(you)效、實用的(de)(de)新技術。經實驗證明，反應器(qi)內部45℃以上(shang)的(de)(de)溫度值(zhi)占所有(you)測量點溫度平均值(zhi)的(de)(de)78.5%，這(zhe)對病原菌的(de)(de)抑(yi)制非常有(you)利。BT對有(you)機廢物的(de)(de)降解效率隨時間增(zeng)加(jia)總體趨勢(shi)增(zeng)高(gao)，在三周(zhou)以后(hou)達(da)到97%以上(shang)，四周(zhou)對人體排泄物的(de)(de)降解率依次為(wei)76.53%，82.91%，97.85%，97.37%。雖然在四周(zhou)的(de)(de)時間范圍內未到達(da)腐熟(shu)的(de)(de)狀態(tai), C/N為(wei)34.63。但本實驗堆肥樣(yang)品的(de)(de)有(you)機物、N、P含量較高(gao)，預計隨著時間增(zeng)加(jia)，將很(hen)快達(da)到腐熟(shu)狀態(tai)，有(you)利于(yu)將來(lai)作為(wei)農肥施用。

由(you)于時間所(suo)限，僅針對人體(ti)排泄物——糞便(bian)與尿液，對四周的廢(fei)棄物處理情況(kuang)作(zuo)以說明。更長期的實(shi)驗累計結果(guo)尚(shang)需詳細(xi)統計分(fen)析(xi)(xi)；實(shi)際(ji)運用過程中的節能方式、對范圍(wei)更廣的有機廢(fei)棄物的處理效果(guo)等需進一步研究；與該技(ji)術配套的收集與管理措施(shi)，規劃等尚(shang)需深入(ru)調查與分(fen)析(xi)(xi)。

參考文獻

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