根据国家统计局统计数据, 2015年我国城市和农村生活垃圾总产量估算约为38 548万t, 其中厨余垃圾在城市生活垃圾中占60%～80%。而在美国, 家庭厨余垃圾处理器的普及率约为50%, 厨余垃圾产量仅占生活垃圾的7.4%。国内外的研究报告^[1,2,3,4]认为厨余垃圾家庭粉粹处理排放有利于生活垃圾减量化、降低生活垃圾含水率提高热值、提高污水的C/N和C/P等优势。

2016年中共中央国务院《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提出“利用新技术、新设备, 推广厨余垃圾家庭粉碎处理”。课题组经过一年多的足尺试验研究, 确定了厨余垃圾家庭粉碎处理排放的适用条件。

各国的饮食习惯不同, 即便是在我国, 由于幅员辽阔, 各地饮食习惯也存在较大差异, 这对家庭厨余垃圾处理器提出不同的处理要求。

为了减少使用时处理器运行噪声对人的影响, 要求家庭厨余垃圾处理器在空载运行时的声功率级噪声值应小于72 dB (A) 。抽样测试了市面上常见的家庭厨余垃圾处理器, 发现处理器的空载噪声 (见表1) 均能满足此要求。

课题组采用标准筛和烘箱, 将标准量的厨余垃圾经过处理器粉碎处理后, 称量并计算得到了厨余垃圾细度分布^[2]。发现65.54%粉碎后的厨余垃圾细度集中在1.0～3.35 mm, 累计86.18%的垃圾将被1.0 mm的标准筛拦截。因此为了尽可能减小厨余垃圾排放系统堵塞的可能, 要求经处理后的食物残渣中80%的细度需小于3.4 mm。

考虑厨余垃圾含有固体物质的特殊性, 为减小引起固体物质沉积、管道堵塞的可能性, 当住宅厨房内安装家庭厨余垃圾处理器时, 小区内应设置集中处理装置 (见图1) , 将厨余垃圾粉碎后经厨房排水管排放的混合液经小区集中处理后方可排放。其中, 当小区内采用污、废合流时, 应优先采用化粪池作为小区集中处理装置;当小区内采用污、废分流时, 应采用厨余垃圾收集装置作为小区集中处理装置。

考虑现实条件和简化管道系统, 粉碎后的厨余垃圾混合液应接入厨房洗涤盆排水系统, 与卫生间的排水立管分别设置。因此, 当住宅排水采用污、废分流时, 可采用厨余垃圾家庭粉碎处理排放。同时由于厨余垃圾混合液内含有的固体物质, 当厨房排水系统采用光壁管系统时, 可直接排放;当采用特殊单立管系统时需通过足尺试验验证其性能。

为保证住宅厨房室内的卫生安全性能, 减少处理器后的存水弯内残留厨余垃圾固体, 对比了3种不同的S型存水弯和2种不同的P型存水弯以及存水弯的安装条件, 足尺试验表明安装厨余垃圾家庭粉碎处理时, 处理器需采用带检查口的S型存水弯连接处理器与排水配管系统^[3], 且存水弯的水封深度不得小于50 mm。存水弯与排水横支管间的连接, 宜采用90°弯头。

根据现场调研情况, 家庭厨余垃圾处理器采用波纹管安装时, 厨余垃圾中的固体物质易附着在波纹管内壁, 日久累积使管道实际过水面积减小。因此, 家庭厨余垃圾处理器的连接配管应采用光壁管, 不得采用波纹软管。

排水横支管应优先选用直线敷设、就近排入排水立管;当条件限制需转弯时需提高横支管的敷设坡度^[4]。同时, 排水横支管与排水立管的连接, 应采用45°斜三通^[5]。家庭厨余垃圾处理器、存水弯、排水横支管与排水立管之间的连接如图2所示。

通过足尺试验可知 (见图3) , 在不同系统高度情况下, 当排水排出管与排水立管同径时, 厨余垃圾固体物质均会优先到达排水立管根部并形成堆积, 堵塞气流通道, 形成极大的正压^[5]。因此, 为减小系统底部正压的影响, 当采用家庭厨余垃圾处理器时, 排出管与排水立管应选用90°大曲率变径弯头连接并扩大一级或两级。

厨余垃圾排放系统需定期采用高压水射流方式进行清洗, 清洗周期宜为每年1次。与之相配套的, 厨余垃圾排放系统设计时排水立管上连接排水横支管的楼层每层应设检查口, 检查口中心高度距操作地面宜为1 m, 并应高于该层洗涤盆上边缘0.15 m;排水立管设有 H 管时, H 管件应设置在检查口的上边。

如前所述, 厨余垃圾混合液需经小区集中处理装置处理后方可排放至市政污水管道。小区集中处理装置可以是化粪池或厨余垃圾收集装置。小区集中处理装置有效容积应为污水部分和污泥部分容积之和, 并根据式 (1) ～式 (3) 进行计算。

式中 V——小区集中处理装置的有效容积, m³;

V_w ——小区集中处理装置污水部分容积, m³;

V_n ——小区集中处理装置污泥部分容积, m³。

式中 m——小区集中处理装置服务总人数, 人;

b_f ——小区集中处理装置实际使用人数占总人数的百分比, 可取b_f=70%;

q_w ——每人每日计算污水量, L/ (人·d) , 污废水合用时按 (0.85～0.95) 生活用水量计, 仅供厨房排水用时按 (0.25～0.3) 生活用水量计;

t_w ——液体部分在小区集中处理装置内的停留时间, 按24 h计算。

式中 t_n——小区集中处理装置清掏周期, 按90 d、180 d计;

b_x ——新鲜污泥含水率, b_x=95%;

b_n ——发酵浓缩后的污泥含水率, b_n=90%;

M_s ——腐化期间固液部分缩减系数, M_s=0.8;

q_n ——每人每日计算污泥量, L/ (人·d) , 污废水合用时按1.15 L/ (人·d) 计, 仅供厨房排水用时按0.75 L/ (人·d) 计;

1.2 ——清掏后考虑留20%固体物质的容积系数。

厨余垃圾家庭粉碎处理为实现厨余垃圾源头减量、促进生活垃圾分类的执行等方面有积极作用, 其应用需在一定的条件下进行。课题组通过大量的足尺试验, 为各地新型城镇化建设过程中推广厨余垃圾家庭粉粹处理提供条件与依据。