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实践指南
创新农村污水管理
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4.2.1.化粪池
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4.2.1.化粪池

概要:
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  对于没有连接公共下水道系统的家庭,化粪池通常在农村地区用作地下渗滤系统或其他二级处理过程之前的一级处理单元。在中国,通常使用预制混凝土、玻璃纤维、PVC 或塑料化粪池。

  化粪池

  化粪池通常是一个有盖且防水的矩形或圆柱形水箱,顶部开口,这种静止状态可促进物理沉降和厌氧消化反应,以去除污水中的有机固体。

图4.3两格化粪池示意图

(来源:istockphoto.com)

  处理过程:

  化粪池包括沉淀、浮选和厌氧消化过程。当原污水进入化粪池时,入口三通会减慢污水流速并最大限度地减少化粪池内部的湍流。污水在化粪池中被分离成顶部的浮渣层、中间的液体层和底部的污泥层。

  • 浮渣层:低密度物质(如油和油脂)上升到池内污水表面,形成浮渣层,有助于创造化粪池内的厌氧环境。

  • 液体层:中间层澄清液排放至土地渗滤处理场地内或其他二级处理单元进一步处理。

  • 污泥层:悬浮颗粒,包括细菌和寄生虫卵,被絮凝成较大的聚集体,并作为污泥沉降在池底。在这一层进行厌氧消化,将有机物分解成甲烷(沼气)和二氧化碳等,通过通风管道排放到大气中。

  处理效率:

污染物/参数

去除效率

BOD

30%-50%(联合国环境规划署,2004 年)
注:处理效率是从文献综述中总结出来的。根据作者的实践经验,如果运行良好,化粪池预计最多可以去除生活污水中10%-15%的BOD。

悬浮固体

40%-60%

注:处理效率因进水浓度、气候条件以及化粪池的设计和维护而有很大差异

  来源:UNEP 2004

  设计标准:

  • 在选择化粪池位置时,应考虑以下因素:

  a) 场地应为空旷区域,以避免对埋地的化粪池产生额外的垂直载荷(例如,车辆交通),并具有平坦稳定的底座以防止沉降。

  b) 场地应便于定期清除污物。

  c) 有斜坡时,应安装雨水导流排水管和/或用土堆建造的地表排水护堤,以防止化粪池周围积水。除非提供防洪措施,否则不应将化粪池安装在洪泛区、排水道或洼地。

  d) 位置应距离房屋至少 5 m。

  e) 位置应距离饮用水井至少 30 m,以尽量减少水源污染的风险。

  f) 位置应距离大树至少 3 m。

  • 化粪池应设置在原状土壤上,允许建筑物下水道有2.5%的坡度。如果天然土壤较软,则应将 30 厘米厚的土壤替换为碎石,水箱下应有坚实的基底。

  • 化粪池应满足适当的强度要求,以承受外部土壤压力和内部液体压力。

  • 如果当地地下水位较高,可以使用地锚将化粪池固定,以防止化粪池排空时浮起。对于地下水较浅的地区,建议使用混凝土化粪池。

  • 化粪池周围应适当种植非侵入性的当地植物,以尽量减少挖掘区域的水土流失。

  • 回填的最小深度为 300 毫米。回填土不应有大石头、垃圾、饱和土或其他不合适的材料。

  • 美国环境署(USEPA) 建议个人住宅的最小化粪池容量为 1000 加仑(等于3785 L 或 3.78 m 3 ) 。在中国,化粪池的有效深度、宽度和长度应分别不小于1.3m、0.75m和1m,相当于CJJ124-2008中规定的1 m 3最小容积。圆形化粪池直径应不小于 1 m。

  • 较大的化粪池能够储存更多的污水、污泥和浮渣,使污水水力停留时间更长、沉降和浮选性能更好、厌氧消化更有效,泵送要求也更少。尽管较大的化粪池建设安装成本较高,但由于清掏和污水泵送频率更低,操作和维护成本较低。

  • 化粪池中设计的水力停留时间( HRT) 应至少为 45 小时。

  • 化粪池的出水口内底应低于进水口内底至少 50 毫米。建议下降 75 毫米。

  • 化粪池的进水口应有一个导流装置(挡板或三通),延伸到污水中不少于 75 毫米。三通的上升入口应至少超出液位150毫米,以防止浮渣层堵塞入口。

  • 化粪池的出水口应有一个挡板或三通接头,伸入污水中 450-650 毫米。配件或挡板的顶部与化粪池顶部距离不应大于50 毫米。

  • 应在液位上方至少留出300毫米的空间,用于浮渣的储存和通风。

  • 应在化粪池的每个格室上方设置人孔,以便清除积聚的污泥和浮渣。检查口应安装在进水口和出水口上方,以便定期检查污泥和浮渣的水平,以确定何时需要清除固体。

  • 在化粪池出水口安装污水出口过滤器,可显著提高化粪池性能。过滤器最大限度地减少了固体进入土壤生物处理系统。

  GBT 38836-2020要求的三格化粪池:

  • 总有效容积不小于1.5 m 3 。三格容积比为2:1:3。

  • 第一格和第二格的污泥停留时间(SRT)应分别不小于20天和10天,而第三格的污泥停留时间应不小于前两格的总停留时间。

  • 在寒冷地区,化粪池的深度取决于冻土层的深度。

  • 进水管内径不小于100毫米,坡度不小于20%,水平距离小于3m。如果水平距离超过3m,管道的坡度应相应增加。

  • 化粪池每格间的输送管应设计为内径至少为100毫米的倒L形或I形。输送管与化粪池顶部的距离不小于100毫米。连接第 1-2格和第2-3格的输送管入口应设计为与化粪池底部的最小距离分别为罐有效深度的1/3和1/2。

  • 通风管内径不小于100毫米,应安装在第一格中。通风管的顶部应设计成三通形,以避免雨水通过管道进入化粪池。

  • 化粪池每格应设计一个最小直径为 200 毫米的检修口,用于日常检查和污泥清理。当直径大于250毫米时,应盖好盖子,以防意外进入和掉落。盖子应至少高于地面100毫米,以防止雨水进入化粪池。

  关键设计参数:

  化粪池的大小影响处理效果。大化粪池可以提供更长的水力停留时间,但需要更高的建设成本。化粪池的大小将根据服务人口、污水水量、污水水质、水力停留时间、污泥和浮渣的储存量以及固体清掏频率来确定。表 4.1 提供了不同类型村庄的化粪池推荐容积。该估算基于以下假设:

  (i) 污水排放系数为80%;

  (ii) 每户5人;

  (iii) 水力停留时间为45小时;

  (iv) 人均每天产生污泥0.8升;

  (v) 污泥清掏频率为每年一次;

  (vi) 新鲜污泥含水率为95%;

  (vii) 厌氧消化后污泥体积减少20%;

  (viii) 消化污泥的含水量为90%。

  表4.1不同类型村庄的化粪池推荐容积

村庄类型

带抽水马桶,及淋浴设施

带抽水马桶,没有淋浴设施

没有抽水马桶,也没有淋浴设施

估计的最大污水量(L/人/天)

200

130

50

每户每天的污水量 (m3 )

1.88

1.22

0.47

每户每天产生的污泥量 (m3 )

0.58

0.58

0.58

每户化粪池推荐容积 (m3 )

2.46

1.8

1.5

  安装注意事项:

  (i). 要确保在化粪池进水口、出水口和基础处不发生管道剪切,使用符合规定的管道和化粪池垫层非常重要。图 4.4 显示了不同的化粪池安装和开挖情景。化粪池底部支撑不足会发生沉降,并可能导致化粪池的进水管道和出水管道破裂或断开。过度挖掘造成的长倾斜端不能为化粪池的进水和出水管道提供支撑。无支撑管道上方的土壤重量可能导致管道破裂。

图4.4化粪池的开挖和安装

(资料来源:萨斯喀彻温省政府,2018)

  (ii). 化粪池要按照制造商的规格进行安装。开挖中的垫层材料要压实和平整。安装人员应注意确保化粪池完好无损,按照制造商的说明进行回填。

  (iii). 化粪池的埋深不应超过制造商推荐的深度。利用自然地表坡度,可减少化粪池所需的开挖。

  (iv). 化粪池应有足够厚的土覆盖或其他措施,以防止在寒冷的冬天运行时结冰。

  (v). 化粪池安装在地下水位较高的区域时,整个处理系统应:a) 确保地下水位不会高于化粪池的任何开口;b) 按照制造商的说明固定化粪池,以防止漂浮和/或移位;c) 保持管道连接的标高高于预计地下水位,或采用其他具体的附加措施,以确保管道连接处或人孔立管不会发生渗透。

  操作和维护:

  化粪池是一种被动处理单元,在操作过程中几乎不需要干预。操作人员在操作过程中应注意以下问题:

  (i) 对化粪池进行例行检查,包括:a) 化粪池是否防水且结构完好,是否有腐蚀或开裂;b) 进出水口三通、挡板是否完好,有无堵塞;c) 污泥和浮渣的厚度是否在合理范围内。

  (ii) 污泥和浮渣应定期清掏(通常每12至36个月一次)。一般当污泥层和浮渣层的总厚度达到池深的50%时,需要进行污泥清掏。

  (iii) 化粪池出水口过滤器应至少每月检查一次,并根据需要进行清洗,以去除固体和藻类堆积。

  (iv) 污泥清掏前,应使用搅拌器将池内的污泥、浮渣和液体充分混合。

  建设成本和运维成本:

  建设成本。化粪池的建设成本很低。影响建设成本的关键因素包括地下场地条件、场地可达性、化粪池材料、化粪池尺寸和开挖深度。在预计有车辆通行的地方,化粪池安装深度需要增加,费用也会增加。表4.2提供了单格化粪池建设的指示性费用。实际成本会因场地条件和当地经济状况而有很大差异。

表4.2砖砌和预制钢筋混凝土化粪池的指示性费用

化粪池容积 
(立方米 )

1.8

2.5

15

20

30

40

50

100

砖砌化粪池
(千元)

1.7

2.1

13 . 7

14 . 2

19 . 8

25 . 1

30 . 8

62 . 7

预制钢筋混凝土化粪池
(千元)

--

--

8 . 2

12 . 3

16 . 4

21 . 3

25 . 0

49 . 3

  来源:区域农村生活污水处理技术指南(2010,试行)

  运维成本。化粪池的运行成本很低,既不需要电能,也不需要专业技术人员。维护成本取决于污泥清掏的频率和清掏服务商的费率。

 

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