化糞池出口含有破碎廚余垃圾的生活污水的碳氮比變化不大，但各污染物濃度仍有降低。化糞池出口采樣點4的排水COD在76.6～412.0mg/L之間，平均值為300.4mg/L；TN濃度在43.30～80.30mg/L之間，平均值為54.53mg/L；TP濃度在2.96～6.92mg/L之間，平均值為4.33mg/L；TDS在305～487mg/L之間，平均值為390.2mg/L；動植物油在0.06～6.25mg/L之間，平均值為3.68mg/L。含破碎廚余垃圾的化糞池排水COD∶TN∶TP為69.4∶12.6∶1。

從含破碎廚余垃圾的生活污水在排水系統(tǒng)中的水質(zhì)變化情況可以看出，除了直接排放至下水道之外，經(jīng)化糞池處理后的水質(zhì)可以滿足二級污水處理的要求。但是隨著含碳有機物的分解，管道末端和化糞池出水口的污水碳源濃度分別下降為413.0、300.4mg/L，不利于生化細(xì)菌的繁殖，脫氮除磷效果也隨之降低。

2.3 對污水管道的影響

從理論上看，廚余垃圾顆粒是否會在管道中沉積，取決于顆粒的臨界起動流速。臨界起動流速是顆粒起動時的水流平均速度。顆粒在管道中受到重力、水流拖拽力、水流上舉力的作用。經(jīng)市場調(diào)研，廚余垃圾處理器處理后的顆粒直徑在1.5～6.4mm之間，破碎廚余垃圾顆粒密度取1388.1kg/m3，可計算臨界起動流速。本研究根據(jù)Shields曲線圖，采用輔助線法計算。在計算范圍內(nèi)，基于顆粒臨界起動Shields數(shù)的計算值與基于雷諾數(shù)計算的驗證值基本吻合，臨界起動流速與廚余垃圾顆粒粒徑呈正相關(guān)（見圖2），范圍在0.014～0.037m/s之間，均低于《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）中最小設(shè)計流速0.6m/s的要求。由此可見，廚余垃圾顆粒不會在污水管道中淤積。

除最低流速外，破碎廚余垃圾是否會在污水輸送過程中堵塞管道，還取決于最小管徑和最小坡度。對比中美兩國的污水管道設(shè)計規(guī)范不難發(fā)現(xiàn)，我國對最小流速、最小管徑和最小坡度的要求均略高于美國（見表2）。而美國從20世紀(jì)40年代發(fā)明廚余垃圾處理器開始，就已經(jīng)逐步普及使用廚余垃圾處理器，長期的實踐中尚沒有因廚余垃圾沉積而堵塞管道的現(xiàn)象。

2.4 對化糞池的影響

破碎廚余垃圾對化糞池的潛在影響主要在于化糞池的設(shè)計容積和清掏周期。有研究表明，使用廚余垃圾處理器的用水量增量平均為9.31 L/（人?d），選擇設(shè)計人數(shù)為500人，可計算化糞池容積增量。

采用《03S702鋼筋混凝土化糞池》圖集設(shè)計方法計算，化糞池有效容積由污水容積W1和污泥容積W2組成，計算如下：

式中：N為設(shè)計人數(shù)，人；為使用衛(wèi)生器具人數(shù)占總?cè)藬?shù)的百分比；q為每人每天產(chǎn)生的污水量，L/（人?d）；t為污水在化糞池內(nèi)的停留時間，h；a為每人每天產(chǎn)生的污泥量，L/（人?d）；T為化糞池最小清掏周期，d；ζ為排入破碎廚余垃圾后污泥增加系數(shù)，ζ=1.43。

住宅的取70%，污水停留時間t一般為12h；每人每天產(chǎn)生的污水量與人均用水量相同，根據(jù)《2020中國統(tǒng)計年鑒》中的數(shù)據(jù)，q為174.33L/（人?d）；生活污水一般在室外合流后進(jìn)入化糞池，a取0.7L/（人?d）；根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015—2019）及相關(guān)研究，污泥在冬季水溫為10℃時的發(fā)酵消解時間為120d，化糞池清掏周期不應(yīng)小于120d，因此化糞池最小清掏周期T取180d；根據(jù)前人的研究成果，破碎廚余垃圾排放至污水處理系統(tǒng)導(dǎo)致污泥增加約43%，因此破碎廚余垃圾排入化糞池的污泥增加系數(shù)ζ為1.43。據(jù)此可計算得出，破碎廚余垃圾排入化糞池前后的設(shè)計容積分別為51.68、62.48m3，增幅為20.9%。

目前，《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015—2019）只規(guī)定了化糞池最小清掏周期，未規(guī)定最大清掏周期。許多住宅區(qū)為了減少管理費用，化糞池長期未清掏，造成污泥堆積，減少了化糞池的有效容積，加劇了污水短流，導(dǎo)致化糞池出水水質(zhì)惡化。破碎廚余垃圾的排入，將進(jìn)一步加劇這一現(xiàn)象。當(dāng)化糞池達(dá)到最大清掏周期時，有效容積近似等于污泥容積，即：Wmax=W，池中僅有上層浮渣流出，污水停留時間為0，由此可計算出化糞池的最大清掏周期。經(jīng)計算，破碎廚余垃圾排入化糞池前后的最大清掏周期分別為439、371d，縮短了68d。

03 結(jié)論

結(jié)合試驗研究和調(diào)研分析，破碎廚余垃圾對公共排水系統(tǒng)的影響有：①破碎后的廚余垃圾有機質(zhì)含量高、碳氮比高，有利于污水處理廠的碳源補充；②當(dāng)破碎廚余垃圾直接排放至下水道時，增加了管道末端排放水質(zhì)超標(biāo)的風(fēng)險；③當(dāng)使用化糞池預(yù)處理時，需要將化糞池的設(shè)計容積增大20.9%，將最大清掏周期縮短68d。

同時，實施廚余垃圾破碎直接排放還具有一定難度：①我國污水管網(wǎng)普遍存在結(jié)構(gòu)性和功能性缺陷，合流制溢流、分流制錯接混接現(xiàn)象普遍，破碎廚余垃圾進(jìn)入管網(wǎng)，輸送過程中存在滲漏、溢流、錯誤排放的風(fēng)險；②化糞池普遍存在管理不到位、長期不清掏的問題，破碎廚余垃圾排入化糞池，存在加劇污水短流，進(jìn)一步惡化水質(zhì)，甚至造成污水溢流的風(fēng)險。

因此，廚余垃圾破碎處理應(yīng)充分考慮其影響和實施難點，并做到：①采用耐化學(xué)和生物腐蝕的管網(wǎng)設(shè)計；②定期對管道進(jìn)行沖洗、檢修；③采用最大清掏周期和最小清掏周期對化糞池進(jìn)行管理。

編輯：趙凡