破碎厨余垃圾对公共排水系统的影响

化粪池出口含有破碎厨余垃圾的生活污水的碳氮比变化不大，但各污染物浓度仍有降低。化粪池出口采样点4的排水COD在76.6～412.0mg/L之间，平均值为300.4mg/L；TN浓度在43.30～80.30mg/L之间，平均值为54.53mg/L；TP浓度在2.96～6.92mg/L之间，平均值为4.33mg/L；TDS在305～487mg/L之间，平均值为390.2mg/L；动植物油在0.06～6.25mg/L之间，平均值为3.68mg/L。含破碎厨余垃圾的化粪池排水COD∶TN∶TP为69.4∶12.6∶1。

从含破碎厨余垃圾的生活污水在排水系统中的水质变化情况可以看出，除了直接排放至下水道之外，经化粪池处理后的水质可以满足二级污水处理的要求。但是随着含碳有机物的分解，管道末端和化粪池出水口的污水碳源浓度分别下降为413.0、300.4mg/L，不利于生化细菌的繁殖，脱氮除磷效果也随之降低。

2.3 对污水管道的影响

从理论上看，厨余垃圾颗粒是否会在管道中沉积，取决于颗粒的临界起动流速。临界起动流速是颗粒起动时的水流平均速度。颗粒在管道中受到重力、水流拖拽力、水流上举力的作用。经市场调研，厨余垃圾处理器处理后的颗粒直径在1.5～6.4mm之间，破碎厨余垃圾颗粒密度取1388.1kg/m3，可计算临界起动流速。本研究根据Shields曲线图，采用辅助线法计算。在计算范围内，基于颗粒临界起动Shields数的计算值与基于雷诺数计算的验证值基本吻合，临界起动流速与厨余垃圾颗粒粒径呈正相关（见图2），范围在0.014～0.037m/s之间，均低于《室外排水设计标准》（GB 50014—2021）中最小设计流速0.6m/s的要求。由此可见，厨余垃圾颗粒不会在污水管道中淤积。

除最低流速外，破碎厨余垃圾是否会在污水输送过程中堵塞管道，还取决于最小管径和最小坡度。对比中美两国的污水管道设计规范不难发现，我国对最小流速、最小管径和最小坡度的要求均略高于美国（见表2）。而美国从20世纪40年代发明厨余垃圾处理器开始，就已经逐步普及使用厨余垃圾处理器，长期的实践中尚没有因厨余垃圾沉积而堵塞管道的现象。

2.4 对化粪池的影响

破碎厨余垃圾对化粪池的潜在影响主要在于化粪池的设计容积和清掏周期。有研究表明，使用厨余垃圾处理器的用水量增量平均为9.31 L/（人∙d），选择设计人数为500人，可计算化粪池容积增量。

采用《03S702钢筋混凝土化粪池》图集设计方法计算，化粪池有效容积由污水容积W1和污泥容积W2组成，计算如下：

式中：N为设计人数，人；为使用卫生器具人数占总人数的百分比；q为每人每天产生的污水量，L/（人∙d）；t为污水在化粪池内的停留时间，h；a为每人每天产生的污泥量，L/（人∙d）；T为化粪池最小清掏周期，d；ζ为排入破碎厨余垃圾后污泥增加系数，ζ=1.43。

住宅的取70%，污水停留时间t一般为12h；每人每天产生的污水量与人均用水量相同，根据《2020中国统计年鉴》中的数据，q为174.33L/（人∙d）；生活污水一般在室外合流后进入化粪池，a取0.7L/（人∙d）；根据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015—2019）及相关研究，污泥在冬季水温为10℃时的发酵消解时间为120d，化粪池清掏周期不应小于120d，因此化粪池最小清掏周期T取180d；根据前人的研究成果，破碎厨余垃圾排放至污水处理系统导致污泥增加约43%，因此破碎厨余垃圾排入化粪池的污泥增加系数ζ为1.43。据此可计算得出，破碎厨余垃圾排入化粪池前后的设计容积分别为51.68、62.48m3，增幅为20.9%。

目前，《建筑给水排水设计标准》（GB 50015—2019）只规定了化粪池最小清掏周期，未规定最大清掏周期。许多住宅区为了减少管理费用，化粪池长期未清掏，造成污泥堆积，减少了化粪池的有效容积，加剧了污水短流，导致化粪池出水水质恶化。破碎厨余垃圾的排入，将进一步加剧这一现象。当化粪池达到最大清掏周期时，有效容积近似等于污泥容积，即：Wmax=W，池中仅有上层浮渣流出，污水停留时间为0，由此可计算出化粪池的最大清掏周期。经计算，破碎厨余垃圾排入化粪池前后的最大清掏周期分别为439、371d，缩短了68d。

03 结论

结合试验研究和调研分析，破碎厨余垃圾对公共排水系统的影响有：①破碎后的厨余垃圾有机质含量高、碳氮比高，有利于污水处理厂的碳源补充；②当破碎厨余垃圾直接排放至下水道时，增加了管道末端排放水质超标的风险；③当使用化粪池预处理时，需要将化粪池的设计容积增大20.9%，将最大清掏周期缩短68d。

同时，实施厨余垃圾破碎直接排放还具有一定难度：①我国污水管网普遍存在结构性和功能性缺陷，合流制溢流、分流制错接混接现象普遍，破碎厨余垃圾进入管网，输送过程中存在渗漏、溢流、错误排放的风险；②化粪池普遍存在管理不到位、长期不清掏的问题，破碎厨余垃圾排入化粪池，存在加剧污水短流，进一步恶化水质，甚至造成污水溢流的风险。

因此，厨余垃圾破碎处理应充分考虑其影响和实施难点，并做到：①采用耐化学和生物腐蚀的管网设计；②定期对管道进行冲洗、检修；③采用最大清掏周期和最小清掏周期对化粪池进行管理。

编辑：赵凡