1)粪污收运体系概况。宝安区粪污产生及收运的模式为2种：一种是传统建筑采用的3格化粪池作为主要截污手段，上层粪皮和底层粪污由吸粪车抽取清运，中层粪液随配套管道流入污水管网；另一种是少部分商业建筑和居民小区采取的承包模式，由清洁公司定期对储粪池进行清理^[9]。由于宝安区城中村和老旧建筑较多，且完整的粪污收运体系尚未建立，上述2种化粪池模式往往缺乏统一管理的物业或卫生单位，清掏工艺及粪污去向都难以追踪，是粪污收运体系监管的主要痛点(如表1所示)。

2)粪污处理设施概况。目前，宝安区辖区内没有专门用于填埋、堆肥或焚烧的粪污处理厂，深圳市唯一1座粪污无害化处理厂位于龙岗区的郁南环境园内，由深圳市城市废物处理中心管辖。该粪污厂于2013年9月投入运行，采用的粪污污泥超高堆体静态好氧发酵技术使其成为我国第一家将粪污处理成品进行综合利用的处理厂。然而，该粪污厂最初的设计仅考虑为罗湖、福田和布吉等部分区域服务，其处理能力仅为250~300 t·d⁻¹，即便投入二期工程，仍无法满足宝安区全区粪污处理需求^[9,11]。不仅如此，由于该粪污厂采用的好氧堆肥工艺存在着占地面积大、设备工艺老旧，自动化程度低、好氧操作难以控制，容易变为无氧发酵，以及堆肥后的粪污含水量较高导致出路受限等问题，使得该工艺无法与深圳市城市发展相匹配。

3)城镇污水处理厂污泥处理概况。截至2019年底，宝安区共建成城镇污水处理厂4座，均无接收粪污的先例，其污泥处理情况如表2所示。4座污水处理厂的污泥脱水设备主要以离心脱水机和板框压滤脱水机为主，经离心脱水后的污泥含水率约为80%，经板框压滤机脱水后的污泥含水率为50%~60%。4座污水处理厂仅WWTP3有能够接受少量流态粪污的盈余容量，其余3座污水处理厂由于污泥处理压力较大，没有接收粪污的能力。4座污水处理厂脱水污泥的出路包括焚烧发电、生产环保砖、生物燃料。

粪污清运量与城市人口高度相关，但宝安区城市发展历程导致大量城中村和流动人口的存在；同时，深圳市作为全国投资热点城市，近几年大量新楼盘和新建筑出现，这些都使粪污清运量不能仅依靠常住人口数量进行简单测算。城中村人口密集，流动人口聚居，建筑年代久远导致化粪池容易堵塞；而新楼盘和新建筑化粪池及排污管道状况较好，需要清掏的次数较少。因此，需要通过清运公司调研，结合城市各类人口数量、各类建筑类型、物业管理化粪池情况调研等推算全区粪污清运量、应有清运量(产量)和存(容)量。具体方法、实施步骤和数据来源见表3。

1)理论清运量初步推算。宝安区粪污清运量可根据深圳城市废物处理中心粪污卫生处理厂所辐射的福田、罗湖两区和龙岗区布吉、坂田街道清运量及该片区对应人数口进行大致推算。对定期向深圳城市废物处理中心运送粪污的清运车辆开展调研，了解车辆所在公司的服务范围、车队规模、日清运量、粪污去向等情况。该区域内常住人口对应的粪污清运量约为773 t·d⁻¹。宝安区2018年常住人口为564.7×10⁴人，由此推算宝安区2018年粪污日清运量约为1 372 t·d⁻¹，全年(按365 d计)清运量约为50.08×10⁴ t。

2)参照特大城市推算粪污理论清运量。根据《2016年城乡建设统计公报》^[12]历年数据统计，北京、上海2个特大城市历年生活垃圾与粪污清运量计算得出特大城市生活垃圾与粪污清运量比例分别为3.29∶1和3.37∶1，平均为3.33∶1，粪污清运量占清运总量的23.09%。由此可以推算，2016年特大城市人均粪污清运量为0.288 kg·d⁻¹。2011-2015年，北京、上海日人均粪污清运量分别为0.268和0.229 kg·d⁻¹。依据上述文献资料和同类城市清运量与人口数等官方统计进行推算，同为特大城市的深圳市人均粪污清运量应为0.23~0.27 kg·d⁻¹。因此，宝安区2018年理论粪污清运量应为47.41~55.65×10⁴ t，日清运量为1 299~1 525 t·d⁻¹。

3)参照生活垃圾推算粪污理论清运量。根据宝安区城市管理与综合执法局提供的有关统计数据，宝安区2014、2015、2016、2017、2018年生活垃圾清运量分别为125.90、138.74、157.84、172.71、182.18×10⁴ t，按照生活垃圾与粪污清运量比例为3.33∶1可推算宝安区2014、2015、2016、2017、2018年粪污理论清运量分别为37.8、41.7、7.40、51.86、54.71×10⁴ t，日均清运量应在1 035、1 141、1 299、1 421、1 499 t左右。

4)实际清运量调研与粪污处理规模的确定。对宝安区各抽粪车辆所在公司的服务范围、车队规模、每日清运量、粪污去向等粪污清运情况进行了调研。分别统计了住宅办公类，大型综合商业类，工业厂房类和市政配套设施等4个物业类型的实际清运量。如表4所示，宝安区2018年全年粪污清运量总计14.56×10⁴ t，即398.9 t·d⁻¹。此结果与前述推算的理论清运量1 372、1 299~1 525和1 499 t·d⁻¹存在较大差距。可能原因为：1)粪污直接混入市政污水管道造成统计结果较低；2)部分清运公司为了节省开支通常只清理化粪池表面的粪皮，对底部的粪污不进行清理；3)绝大部分物业不清楚化粪池粪污清运情况，物业人员提供的数据是“每年大概清理几次”或者“每年大概清运几车”，具体每次每个化粪池清理多少量未知，而且吸粪车粪污装容积未知；4)宝安区可能存在粪污偷运现象，导致清运台账缺失。

考虑到宝安区老旧建筑化粪池正在改造，且新建小区建筑取消化粪池，粪污污水与生活污水经污水管网统一排入污水处理厂合并处理，宝安区粪污处理系统未来将按照欧美模式逐步发展^[11]。因此，结合现阶段粪污理论清运量和实地调研清运量，建议粪污清运与处理设施规模按照800 t·d⁻¹(含水率95%)设计，并预留2条处理线场地，根据远期发展情况考虑扩建。

1)粪污污泥的收运及预脱水。宝安区粪污收运模式大多是采用普通吸粪车将化粪池内的粪污污泥抽取后直接进行后续的处理，有少量的城中村化粪池通过人工清掏实现粪污的管理。由于宝安区未建立完善的吸粪车管理制度，大部分清运公司使用的传统吸粪车过于简陋，粪污未经过脱水和消毒处理，在运输过程中易出现泄露，污染城市环境。

采用吸粪脱水一体车，能够在预处理阶段就实现“无害化”和“减量化”。该预处理系统整合了先进的数字化和自动化控制技术，化粪池中的粪水混合污能够原位实现过滤、加药、脱水和除臭等一系列步骤。经脱水后的粪污含水率降低至80%左右，重量从800 t降低至200 t，不仅避免了传统固液分离设施的高成本和土地投入，还大大降低了运输成本及运输过程中出现的跑冒滴漏等二次污染现象。滤液经消毒处理后回流化粪池，可减少机污染物的排放，减轻了污水管网和污水处理厂的运行负荷，技术优势如表5所示。

2)粪污污泥的深度脱水。不论是填埋、焚烧、堆肥，都必须对脱水后的粪污污泥进行半干化或干化处理，才能进行最终处理。根据对宝安区粪污出路的调研结果，可作为有机肥原料出售的粪污含水率需达到50%以下，可进入垃圾焚烧厂进行焚烧的粪污含水率需达到60%以下，而常规机械脱水后的污泥含水率均超过60%。因此，常规机械脱水设备无法满足粪污后续处理的需求。

粪污污泥热干化技术就是通过加热加压的方法，使粪污中的粘性有机物水解，以此来破坏粪污中絮体结构，该处理方法能够同时改善粪污的厌氧硝化性能和脱水性能。粪污污泥颗粒之间的碰撞频率随着温度的升高逐渐加剧，导致颗粒间胶体结构遭到破坏，使邻位水和固体颗粒分离。同时，加热可以使粪污中的蛋白质分解，细胞发生破裂，胞间水被释放，从而大幅度降低粪污含水率。

直接热干化是利用热烟或热风等介质，与粪污污泥直接接触，在高温作用下污泥中的水分被蒸发，使粪污的含固率提高至85%以上；干化设备包括喷雾干化塔、带式干化机、滚筒式干化机、旋流闪蒸污泥干化机、低温干化机。间接热干化是由加热设备提供的蒸汽或导热油通过干化设备的传热元件表面将热量传递给另一侧的粪污污泥，使粪污中的水分蒸发。蒸发的水分进入冷凝器中加以冷凝，热介质全部或部分回到原系统中循环利用。主要设备有空心桨叶式干化机、间接接触回转式干化机、转盘式干化机、薄层干化机等。根据粪污的性质和数量，结合投资费用和能耗等问题，本研究重点对低温余热干化系统、滚筒式干化机、空心桨叶干化机3种粪污深度干化技术进行对比(表6)。

粪污污泥和市政污泥具有同源性，其污泥中所含的水分大致分为间隙水、毛细结合水、表面吸附水和内部水4类。这4类水除了间隙水可以以物理方式压滤以外，其他3类水表面具有强大的负电子包裹，无法以物理压滤的方式析出^[13]。目前，郁南粪污处理厂(粪污污泥)和南山区某污水处理厂(市政污泥)选择以污泥调理结合超高压压榨脱水工艺作为污泥的深度脱水工艺，但粪污调理剂对脱水效果具有决定性影响，不同种类的污泥需要的调理剂配方差异较大。因此，若采用此工艺可能面临粪污调理剂配方的摸索，而且摸索过程需要较长的时间。通过对河南长垣市某污水处理厂转筒式干化技术和深圳市福田区某污水处理厂的污泥低温干化技术进行实地调研和技术分析，认为转筒式和桨叶式干化技术由于干化温度较高，处理过程中会产生较大的烟尘和废气，且存在粉尘爆炸的潜在风险，而低温干化工艺干化温度适中，全程密闭操作，且脱水率可调，占地面积小。因此，考虑将低温余热干化技术作为宝安区粪污污泥的深度脱水工艺。

城市粪污作为一种特殊的城市废弃物，考虑到邻避效应和占地规模，其深度脱水和无害化处理场所应首先选择离市区较远的粪污处理厂。位于郁南环境园的粪污处理厂，超负荷运行下的日处理粪污规模也仅为300 t·d⁻¹，若将宝安区的粪污污泥全部拖入该处理厂进行处理，需要足够的场地进行扩建。而位于宝安区辖区内的某垃圾焚烧发电厂，由于邻避效应明显，曾在此处规划的污泥干化焚烧厂建设项目至今也未能实施。鉴于此，在上述2处建设粪污深度脱水项目的可行性较低，而根据《宝安区水务发展“十四五”规划》^[14]，除WWTP1已完成二期扩建外，宝安区辖区内其余3座污水处理厂规划区域内还有大量备用土地用于二期扩建项目(如图1所示)。因此，可以考虑在现有3座污水处理厂的基础上结合二期扩建项目增设粪污脱水设备进行深度脱水处理，从而避免新建粪污处理厂的选址、土地紧张、邻避效应和资金投入等问题。

3)脱水粪污的处理。脱水粪污的处理大致分为填埋、资源化利用和焚烧3种方式。填埋处理操作简便、基础建设投资小，在传统的粪污处理中占相当大的比例。但是，填埋的粪污大多未进行无害化处理，残留着大量的细菌、病毒，其渗漏液还会长久地污染地下水资源，存在严重的安全隐患及二次污染。粪污焚烧技术作为无害化“最彻底”的处理方法，能使有机物全部碳化，有效杀死病原体并最大限度地减少粪污体积，并可产生大量热能，将其与生活垃圾协同焚烧，在实现细菌病毒高效去除的同时还可提高资源利用效率。事实上，大量的文献和实践证实，对于市政污泥和生活垃圾，适合于采用填埋或焚烧的方法进行处理，然而对于粪污，更倾向于将其作为一种资源，进行无害化处理后回收利用^[15-20]。因此，从资源化利用的角度考虑，城市粪污的处理应优先采用堆肥工艺，使其以土地利用的形式被消纳，实现养分还田。将脱水粪污高温堆肥，堆体最高堆温在50~55 ℃以上持续 5~7 d可使蛔虫卵死亡率达到95%~100%，且高温可同时杀灭病原菌。因此，在保证合格的堆肥条件下，粪污可实现细菌与病毒的去除，堆肥后的脱水粪污可作为有机肥原料出售，北京、深圳等地均有粪污预处理后进行堆肥的运行项目^[16,21]。但由于宝安区化工企业较多、化粪池中往往会出现S、Cl等非金属元素的超标和As、Hg等重金属的沉淀而导致的粪污污染问题。因此，无论是通过焚烧或是土地利用，应首先保证粪污的部分非金属元素和重金属的质量分数能够满足相应的标准。

鉴于此，本研究选取了包含居民区、市政设施和工业区在内的10座化粪池，对采集的粪污样品进行Cd、Cr、Pb、As、Hg、N、S、Cl等元素的质量分数的检测。如图2所示，结果表明：所有样品中Cd的质量分数均小于垃圾焚烧厂和《有机无机复混肥料》(GB 18877-2020)技术要求(≤10 mg·kg⁻¹)^[22-23]；所有样品中Cr的质量分数均大于垃圾焚烧厂的入厂要求(≤50 mg·kg⁻¹)^[22]，但居民区化粪池粪污中Cr的质量分数低于《有机无机复混肥料》(GB 18877-2020)中限定的最大值(≤500 mg·kg⁻¹)^[23]；所有样品中Pb的质量分数均小于垃圾焚烧厂的入厂要求(≤ 600 mg·kg⁻¹)^[22]，其中居民区、公厕和学校的化粪池中未检测到Pb的存在；8个样品中As的质量分数超过垃圾焚烧厂的入厂要求(≤5 mg·kg⁻¹)^[22]，但所有样品中As的质量分数均低于《有机无机复混肥料》(GB 18877-2020)中规定的最大值(≤50 mg·kg⁻¹)^[23]；有2个样品中Hg的质量分数超过垃圾焚烧厂的入厂要求(≤2 mg·kg⁻¹)^[22]，但所有样品中Hg的质量分数均低于《有机无机复混肥料》(GB 18877-2020)中限定的最大值(≤5 mg·kg⁻¹)^[23]。对于非金属元素，所有样品中N和S的质量分数均超过垃圾焚烧厂的入厂要求(≤0.5%和≤0.4%)^[22]，而Cl的质量分数均低于垃圾焚烧厂的入厂要求(≤1%)^[22]。此外，从化粪池中采集的所有粪污样品的含水率均高于垃圾焚烧厂的入场要求(＜60%)^[22]。

如上所述，粪污中重金属和非金属元素的质量分数不能完全满足土地利用和焚烧发电厂的入厂要求。然而，由于宝安城区化粪池数量较多，分布较广，化粪池成分复杂多变，不同物业形态的化粪池在收集后混合进行处理，其混合体成分更难确定。因此，为进一步评估宝安区粪污资源化和无害化处理的可行性，本研究对郁南粪污处理厂的粪污成分进行了分析，该处理厂收集的粪污来源为福田、罗湖两区和龙岗区布吉、坂田街道，采用深度脱水工艺和高温灭菌工艺处理粪污后，得到的脱水粪污成分如表7所示。结果表明，脱水粪污中Cd、PB、Hg、Cr和As的质量分数均低于《有机无机复混肥料》(GB 18877-2020)^[23]要求的最大限值；蛔虫卵死亡率、粪大肠菌值、沙门氏菌的数值均满足《粪便无害化卫生要求》(GB 7959-2012)^[24]要求的最大限值。由于该粪污处理厂的检测结果反应了不同物业形态的混合粪污的平均水平，具有较高的代表性。此外，从重金属的质量分数分析，混合脱水后的粪污除As的质量分数略高外，其余指标均能够满足焚烧发电厂的入厂要求。

4)宝安区粪污处理工艺的确定。《深圳市环境卫生设施系统布局规划(2006-2020)》^[25]指出，深圳市粪污无害化处理规模必须满足城市粪污处理量的最大值。到远期，当城市粪污中的部分通过排入污水管网与城市污水混合处理后，剩余的城市粪污无害化处理能力可用于处理城市污水污泥。因此，宝安区粪污处理及处理规模拟按照含水率95%的粪污800 t·d⁻¹左右进行设计规划，并预留2条处理线的场地，视今后的具体情况再考虑是否建设。

基于上述技术调研和分析，现提出以下粪污处理方案：采用多功能吸粪车收集，在WWTP2、WWTP3和WWTP4现有污泥处理工艺的基础上，分别添加粪污污泥低温干化系统，将粪污脱水至40%后，作为有机肥原料出售或拖入老虎坑垃圾焚烧厂与生活垃圾进行协同焚烧(如图3所示)。这种处理工艺可以有效避免粪污的随意倾倒，即粪污就地进行脱水处理，而后直接运往指定地点，中途不经其他地点的装载。符合《深圳经济特区市容和环境卫生管理条例》^[10]第60条规定的城市化粪池的粪污应当密闭运送到指定地点，不得随意处理的规范。主要工艺要点有以下3点。①抽脱一体化粪污收运系统。首先，利用真空泵将化粪池内粪污混合物抽至固液分离器中，将混合物中的塑料袋、石块、金属等杂物分离压缩至杂物仓内当作生活废弃物处理；同时，粪水悬浊物被送至车顶的储存池中搅拌并送入化学处理池，净化原料调配池中的净化原料将自动投放至化学处理池中，经2级化学处理净化后，输送至车尾的叠螺脱水设备进行分离，分离后的排放水回流至化粪池，进入污水管网系统，脱水后的粪污含水率约为75%。②低温干化深度脱水系统。多功能吸粪车原位将粪污脱水至75%后，进入污水处理厂，经刷卡称重系统与污泥暂存快速密闭对接；通过暂存料斗中的螺旋输送将粪污输送至低温干化机；进入干化机的粪污，经切条成型机切成条状平铺在干化机层网带上；利用电源，将75 ℃左右的干燥热空气通过网带与粪污接触后变成湿热空气，带走粪污中的水分；成型后的粪污经过网带干燥至10%~30%(含水率可调)，通过出料螺旋输送至刮板式干料输送机，再通过刮板输送机将干粪污输送至干料仓暂存，干料仓中的污泥经提升输送至干渣输送车上；整个干化过程可连续24 h运行，污泥在低温、密闭除湿干燥过程中无废气排放。③资源化利用系统和无害化处理系统。根据深圳周边粪污市场的实地调研和历史资料收集，脱水后的粪污含水率若在60%以上，其出路较差；若含水率降至50%以下甚至更低，将其出售并作为有机肥原料的市场接受率较高。因此，在能保证脱水粪污品质的前提下，首先考虑将脱水粪污作为有机肥原料出售。在出路受限的情况下，深度干化造粒后的粪污送入老虎坑垃圾焚烧厂与生活垃圾进行协同焚烧，共用垃圾焚烧厂的焚烧系统和尾气处理系统。

1)项目建设模式的确定。不同于BOT和PPP模式在污水处理厂的成熟应用，放眼全国，粪污污泥无害化处理项目的数量较少，没有太多可以借鉴和参考的成熟技术和经验。因此，宝安粪污无害化处理项目的立项建设在全国具有引领和示范的效应。鉴于宝安粪污处理的紧迫性，为保证粪污处理项目能够达到预期效果，考虑以PPP的模式委托具有工程设计、施工资质、运营管理经验丰富的企业进行粪污处理工程设计、建设、收运和运营管理，从而能够有效克服设计、采购、施工、运营相互制约和相互脱节的矛盾，有利于各阶段工作的合理衔接，有效实现建设项目的进度、成本和质量控制符合建设工程承包合同约定，保障宝安区粪污无害化处理项目的顺利投运。

2)粪污收运模式的确定。有序规范的粪污收运模式是确保宝安区粪污处理项目正常实施和运营的关键。目前，宝安区尚未建立完善的粪污收运体系，对于化粪池的管理和粪污的清掏运输大多数都是小区物业或产权单位自主处理或通过广告报纸请私营企业和个人承包管理。这种完全由市场主导的粪污收运方式在利益的驱动下往往会出现乱倒乱丢的现象，严重影响市容市貌并带来环境卫生隐患。因此，宝安区可考虑引入“以政府主导，市场参与为辅”的粪污收运体系，打破现有无序混乱的粪污收运格局。而打破现有格局最有效的方法就是让政府职能部门下属企事业单位介入粪污收运市场，引导粪污收运市场逐步规范化^[26]。同时，对市场原有的粪污收运企业和个人实施政策补贴扶持和提高行业准入门槛等措施，通过市场的兼并淘汰，逐步规范，形成以政府为主导，市场参与的运作模式，将粪污经就地脱水处理后运往指定粪污处理地点进行堆肥或焚烧，严禁私自运送粪污。

3)政府监管体系的建立。健全高效的政府监管体系，是城市粪污处理与处理市场化运营健康发展的有力保障。为加强宝安区粪污处理运营的统一监管，建议成立宝安区粪污处理管理中心(以下简称“粪管中心”)，使其成为宝安区粪污处理监管体系协调和运作的枢纽^[27]。同时，出台相关粪污处理费用的征收办法及实施细则，明确粪污处理费用征收和使用原则，设立宝安区专有粪污处理设施地点，划区分配，由各收运企业按区收运至指定地点。

宝安区粪污处理监管体系由5个子系统相互关联构成。①粪污处理费征收系统，征收办法采用“单位开票、银行代收、财政统管”，粪污处理费用由区财政局直接纳入财政专户进行管理；②粪污收运和处理运营监控系统，粪管中心负责粪污收运和处理的日常运营监管，区环境监测站对进厂粪污进行各项指标监测，区城市管理和综合执法局负责执法监督；③粪污处理运营费用支付系统，负责收运和处理粪污的运营单位按月向粪管中心提交支付申请和相关报表，粪管中心根据相关政策法规、合同进行审查并反馈支付意见。经区主管部门审定并由财政局核实后，将应支付的运营费用划至各运营单位；④技术和服务支撑系统，由粪管中心或区主管部门提供运营单位需要的技术支持及其他服务；⑤体系外部监督和审计系统，粪管中心定期向社会公布粪污收运和处理的各项资料和费用征收使用情况，审计部门定期对粪污处理费用的征收使用情况进行审计。

1)调研所得宝安区2018年全年粪污清运量总计14.56×10⁴ t，即398.9 t·d⁻¹，其结果与理论清运量存在较大差距。其要原因包括：化粪池粪污直接混入市政污水管道；化粪池粪污清理不彻底；化粪池粪污偷运。

2)结合现阶段粪污理论清运量和实地调研清运量，建议宝安区粪污清运与处理设施规模按照800 t·d⁻¹(含水率95%)设计，按照分散布点的方式在辖区内3座污水处理厂分别建设2条处理线(1用1备)。

3)根据技术调研和分析，宝安区粪污处理技术方案为：①粪污收运，采用抽脱一体化的多功能吸粪车，原位对粪污进行分离和机械脱水使含水率降至80%左右；②深度脱水，采用除湿热泵型低温干化设备对粪污进行深度脱水至30%，以满足焚烧要求；③脱水后的粪污处理，经低温干化脱水后的粪污可作为有机肥原料出售或拖入老虎坑垃圾焚烧厂进行焚烧。

4)建议采取PPP方式委托有资质的企业负责宝安区粪污处理厂站的设计、建设和运营管理。通过提高行业准入门槛、政策补贴扶持等措施，形成以政府为主导，市场参与的运作模式。成立宝安区粪污处理管理中心，加强粪污处理运营的统一监管，将粪污运送至指定地点进行处理。