在印度农村,通过整合用于脱水的晾干床和用于渗滤液处理的絮凝技术来实现粪便污泥的 decentralized(去中心化)管理:这是一种可持续、成本效益高且基于自然的解决方案
《Journal of Water Process Engineering》:Decentralized faecal sludge management in rural India by integrating drying beds for dewatering and coagulation for leachate treatment: A sustainable, cost-effective, nature-based solution
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时间:2025年10月25日
来源:Journal of Water Process Engineering 6.7
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本研究针对印度半城市地区粪便污泥(FS)处理难题,提出种植与未种植干燥床结合天然凝聚剂(薇甘菊和壳聚糖)的混合处理系统。实验表明该系统对总固体、化学需氧量等污染物去除效率达94%-99%,种植干燥床对生化需氧量和总磷去除率更高,同时种植的罗望子植物生长良好。系统产生的干燥污泥C/N比适宜堆肥,热值达14.76-15.93 MJ/kg,具备资源回收潜力,为农村地区低成本可持续的FS管理提供新方案。
在印度半城市和农村地区,未经处理的粪便污泥(FS)排放到环境中会对生态环境和公共卫生造成严重威胁。因此,设计一种低成本、资源高效、可持续且有效的粪便污泥处理系统变得尤为重要。本研究探讨了一种结合种植和未种植干化床的混合处理方法,用于粪便污泥脱水,随后利用天然凝聚剂——香菜(*Moringa oleifera*)和壳聚糖对渗滤液进行处理。研究结果显示,种植干化床和未种植干化床分别在总固体去除率上达到了95.84%和94.47%,化学需氧量(COD)去除率分别为98.09%和97.71%,生化需氧量(BOD)去除率分别为93.46%和91.17%,总磷去除率分别为95.09%和86.85%,总氮去除率分别为80.04%和71.71%,以及大肠杆菌去除率分别为99%和97.71%。这些数据表明,两种干化床均在去除污染物方面表现出较高的效率,其中种植干化床在BOD、TP和TN的去除上具有更显著的优势,这可能与植物的存在对营养物质的吸附和转化作用有关。
在种植干化床中,种植了本地植物——白花茉莉(*Nerium oleander*),其在粪便污泥负荷条件下表现出良好的生长状态。植物高度从初始的0.75米增长到1.8米,显示出其在粪便污泥处理中的适应性和生命力。这种植物的生长不仅有助于提高干化床的处理效率,还可能为后续的资源回收提供支持,例如通过植物吸收部分营养物质,减少对环境的负担。此外,研究还发现,天然凝聚剂香菜和壳聚糖在去除浊度和COD方面表现出色,分别达到了95.77%和96.29%的浊度去除率,以及81.67%和84.17%的COD去除率。这表明,天然凝聚剂可以作为传统化学凝聚剂的替代品,既降低了处理成本,又减少了对环境的二次污染。
在处理后的粪便污泥(DFS)中,其碳氮比分别为8.56(种植干化床)和7.16(未种植干化床),并且具有较高的有机质和营养成分,这表明DFS在农业上具有较高的应用潜力。研究还评估了DFS的热值,分别为14.76 MJ/kg(种植干化床)和15.93 MJ/kg(未种植干化床),显示出其作为固体燃料的可行性。通过这些数据,可以看出,该处理系统不仅能够有效去除污染物,还能实现资源的再利用,为印度农村地区的粪便污泥管理提供了一种可持续的解决方案。
粪便污泥的处理不仅是环境治理的重要环节,也是实现公共卫生目标的关键步骤。根据联合国可持续发展目标6(SDG 6),需要确保全球范围内安全、充足且公平的水和卫生设施,同时消除露天排便现象。许多低收入和中等收入国家(LMIC)已经开始实施新的方案,以减少露天排便。随着这些方案的推进,现场卫生(OSS)系统的使用率在全球范围内迅速上升。OSS系统要求在产生排泄物的地点进行收集、储存和处理,这使得粪便污泥的处理成为一项复杂而关键的任务。在2030年之前,预计全球将有50亿人使用OSS系统,而粪便污泥的产生量也随之增加。如果不对这些污泥进行处理,直接排放到自然环境中,将导致土壤、地下水、地表水和农作物的污染,从而对公众健康构成威胁。
因此,在LMIC中,对粪便污泥进行处理和资源回收变得尤为必要。粪便污泥管理(FSM)包括收集、运输、处理和资源回收等多个环节。然而,目前的FSM模式在保护公共健康和环境方面仍面临诸多挑战,主要原因在于缺乏本地化的粪便污泥处理设施和资源回收体系。这不仅增加了处理成本,还限制了粪便污泥的再利用价值。在印度,由于人口众多,85%的居民依赖现场卫生系统,但仅有5.57%的粪便污泥得到处理。这种处理率的低下使得印度成为全球粪便污泥管理问题最严重的国家之一。根据2011年印度人口普查,只有34%的农村人口拥有独立厕所,而6亿人仍然在露天排便,这一数字在世界范围内居于首位。
为了解决这一问题,印度政府于2015年启动了“清洁印度”(Swachh Bharat Mission, SBM)计划,旨在消除露天排便现象。该计划在印度各州建设了约1.1亿个厕所,大大提高了现场卫生系统的覆盖率。然而,随着厕所数量的增加,粪便污泥的产生量也随之上升,而目前的处理设施仍无法满足需求。尤其是在印度的小城镇和农村地区,由于缺乏分散的粪便污泥处理系统,大量的粪便污泥被直接排放到环境中,导致水体和土壤的污染。例如,有报告显示,印度北方邦产生的粪便污泥中有94%未经处理就被排放。
针对这一问题,本研究提出了一种结合干化床和天然凝聚剂的混合处理系统,以实现粪便污泥的高效处理和资源回收。干化床是一种利用自然蒸发和渗透作用去除水分的处理技术,其操作简单、成本低廉,非常适合在资源有限的农村地区应用。研究结果显示,种植干化床和未种植干化床在去除总固体、化学需氧量、生化需氧量、总磷、总氮和大肠杆菌方面均表现出较高的效率。此外,种植干化床中的植物不仅能够促进污泥的脱水过程,还能够通过其根系吸收部分营养物质,从而提高整体处理效果。
在资源回收方面,处理后的粪便污泥可以作为有机肥料、燃料、饲料或生物炭等用途。其中,生物炭的生产可以通过热解技术实现,这种技术不仅能够提高污泥的热值,还能减少其体积,便于储存和运输。同时,通过干化床处理后分离出的水分可以被重新利用,用于灌溉、农业或家庭用水,从而减少对清洁水源的依赖。这些资源回收途径为粪便污泥的可持续管理提供了新的思路,有助于构建一个完整的粪便污泥处理和再利用体系。
此外,本研究还强调了混合处理系统的创新性。该系统不仅结合了干化床和天然凝聚剂的优势,还考虑了植物在处理过程中的作用,使得整个处理流程更加环保和高效。在印度农村地区,由于缺乏完善的污水处理设施,传统的污水处理厂往往无法处理高浓度的粪便污泥。因此,开发一种适合当地条件的处理系统具有重要的现实意义。本研究的混合处理系统通过利用自然条件和本地资源,实现了对粪便污泥的高效处理,同时为资源回收提供了可行的途径。
本研究的成果表明,种植干化床和未种植干化床在粪便污泥处理中均具有较高的效率,而种植干化床在营养物质去除方面表现更优。这为印度农村地区的粪便污泥处理提供了新的选择,尤其是在资源有限的地区,该系统可以有效降低处理成本,提高处理效率。同时,天然凝聚剂的应用也显示出其在去除污染物方面的潜力,这为未来粪便污泥处理技术的发展提供了方向。
本研究的另一个重要发现是,本地植物在粪便污泥处理过程中表现出良好的适应性和生长能力。这不仅有助于提高处理效率,还为粪便污泥处理与农业的结合提供了可能性。通过种植这些植物,不仅可以改善污泥的处理效果,还可以为农村地区提供额外的经济收益,例如通过植物的销售或利用植物作为有机肥料的原料。这种多用途的处理系统有助于推动粪便污泥管理的可持续发展,减少对环境的负面影响,同时提高资源的利用效率。
在实际应用中,该混合处理系统可以作为印度农村地区粪便污泥管理的可行方案。其低成本、低技术门槛和易于操作的特点,使其能够适应不同地区的资源条件和社会经济状况。此外,该系统还能够有效促进资源回收,为农村社区提供额外的经济价值,从而增强其可持续性。通过将粪便污泥转化为可用资源,该系统不仅能够减少环境污染,还能够为农村地区的经济发展提供支持。
综上所述,本研究提出了一种结合干化床和天然凝聚剂的混合处理系统,用于印度农村地区的粪便污泥处理。该系统在去除污染物方面表现出较高的效率,同时为资源回收提供了多种可能性。研究结果表明,该系统能够有效解决粪便污泥处理和资源回收的问题,为印度农村地区的可持续发展提供了一种可行的解决方案。此外,该研究还首次探讨了本地植物在粪便污泥处理中的应用,为未来的研究提供了新的方向。通过这一研究,印度农村地区可以更好地应对粪便污泥管理的挑战,实现环境和经济的双重效益。
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