上下格化糞池設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

馬翠忠

（山東省郯城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 臨沂 276100）

化糞池是凈化含有人畜糞便污水的設(shè)施, 由若干單元構(gòu)成，單元間用管或孔連通，每一個(gè)處理單元稱為一格，一般為2 格或3 格串聯(lián)工作。其主要有3 個(gè)功能。1）通過沉淀進(jìn)行固液分離，液體經(jīng)凈化后排出，固體留存池內(nèi)。2）通過厭氧發(fā)酵降低有機(jī)物濃度。3）利用厭氧環(huán)境殺滅寄生蟲卵及病菌，最終達(dá)到糞便無害化的目的。

傳統(tǒng)化糞池的每一格為水平排列，上部直接與空氣接觸，有4 個(gè)弊端。1）固體懸浮物漂浮在池子上部，不能下沉得到分解，同時(shí)占用化糞池的有效容積。2）由于污水成分的復(fù)雜性，每格之間的連通孔很容易被異物堵塞。3）產(chǎn)生的沼氣不能收集利用，直排到大氣中造成空氣污染。4）化糞池前端還未完全無害化處理的污泥在清理時(shí)會(huì)被一起運(yùn)走，污染環(huán)境。

上下格化糞池在參考文獻(xiàn)《沼氣池引射循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)與構(gòu)建》[3]已進(jìn)行了介紹，該文再作進(jìn)一步改進(jìn)，增加了污泥床，并介紹其在養(yǎng)殖污水處理和公共廁所上的應(yīng)用。

1 上下格化糞池的構(gòu)造

上下格化糞池結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由池身、活動(dòng)蓋板、集氣罩、引射循環(huán)系統(tǒng)、污泥床、出水堰等構(gòu)成。

池身為長方形磚混結(jié)構(gòu)，長寬比一般為3 ∶1，深度2 m。預(yù)制混凝土板砌筑在池墻上部1/3處，將化糞池分為上下兩格。下格為厭氧發(fā)酵間，污水直接進(jìn)入下格。上格將從下格溢出的水進(jìn)一步凈化。

上、下格通過出渣口連通，出渣口下部四周凸起，一方面防止沼氣從出渣口溢出，另一方面可以防止固體漂浮物從出渣口上浮。出渣口處在下格的末端，其下部是經(jīng)過充分發(fā)酵的污泥，從其正下方產(chǎn)生并溢出的氣體可忽略不計(jì)。

厭氧間蓋板底面四周凸起，用于阻擋沼氣外溢，沼氣從蓋板中間孔溢出進(jìn)入集氣罩。集氣罩固定于蓋板之上，下部放置過濾網(wǎng)阻擋浮渣，防止管道堵塞，集氣罩和蓋板四周用黏土封堵。

經(jīng)過下格沉淀，溢出到上格的水污泥含量極低，為提高上格的效率，設(shè)置污泥床附著厭氧菌。圖1 中為兩級(jí)串聯(lián)工作的上流式污泥床，從下到上依次為梁、承重網(wǎng)、紗網(wǎng)、石子。從下格溢出的污水經(jīng)一級(jí)污泥床凈化后，再經(jīng)過二級(jí)污泥床的進(jìn)一步凈化，最后排出。

出水堰由PVC 管制作，上部切割若干“V”形槽，使出水分布均勻，并降低水位波動(dòng)幅度。進(jìn)水管用三通連接，以方便接種物加入和疏通管道，封堵部件應(yīng)可拆卸。

圖1 上下格化糞池

引射循環(huán)系統(tǒng)工作原理見參考文獻(xiàn)[1-3]，引射器結(jié)構(gòu)如圖2 所示，用PVC 管件制作。以沼氣為動(dòng)力的引射器必須具備氣、水分離功能，與氣水分離器做成一個(gè)整體，通過“U”形管與集氣罩相連。

圖2 中帶箭頭的實(shí)線為水流，虛線為氣流。左側(cè)圖為內(nèi)循環(huán)式，用于下格污泥的攪拌，中間圖為外循環(huán)式，用于養(yǎng)殖場下水道的沖洗，在公廁上應(yīng)用時(shí)，氣動(dòng)引射器用于污泥的攪拌，以水泵為動(dòng)力的引射器見圖2 中的右側(cè)，用于通槽便池的沖洗。

圖2 引射器示意圖

上格有效深度的確定：有效深度是指“V”形槽到上格底板的高度，其決定了上格水位的高低，也就是決定了沼氣的壓力。沼氣必須有足夠的壓力為引射循環(huán)系統(tǒng)提供動(dòng)力，儲(chǔ)氣罐壓力一般為200 mm 水柱，引射器工作壓力等于集氣罩內(nèi)氣體壓力減去儲(chǔ)氣罐壓力，集氣罩頂部到水面的高度是內(nèi)部氣體壓力的最小值，因此集氣罩頂部到水面的高度至少為400 mm 才能確保工作壓力不低于200 mm 水柱，一般情況有效深度不能小于650 mm。

化糞池產(chǎn)生的沼氣儲(chǔ)存在濕式儲(chǔ)氣罐內(nèi)，儲(chǔ)氣罐參照參考文獻(xiàn)[2-3]建造，居民小區(qū)或養(yǎng)殖場內(nèi)的多個(gè)化糞池可以共用一個(gè)儲(chǔ)氣罐。

完工后應(yīng)進(jìn)行滲漏試驗(yàn)，下格的水加滿后上格蓋板所在的一側(cè)應(yīng)同步加水，防止出現(xiàn)水位差破壞蓋板的密封。

2 上下格化糞池的工作原理

污水從進(jìn)水管進(jìn)入下格，固體懸浮物上浮到下格上部隔板以下，不能浮出水面，浸泡在水中進(jìn)行水解，水解后的殘?jiān)恋碓诘撞?。隨著污泥的積累，前端的污泥以推流式向后端流動(dòng)。液體部分經(jīng)厭氧發(fā)酵后從出渣口溢出到上格，在上格中通過兩級(jí)污泥床進(jìn)一步凈化后排出。寄生蟲卵及病菌在厭氧環(huán)境下被殺滅，沉淀在池底。

有機(jī)物經(jīng)水解、厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，沼氣暫存在集氣罩內(nèi)作為內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)力源。引射循環(huán)系統(tǒng)在下格的中部，以產(chǎn)生的沼氣為動(dòng)力通過引射器帶動(dòng)污水上下循環(huán)流動(dòng)攪拌污泥，使污水與污泥充分混合，加快反應(yīng)速度。

進(jìn)水管深入下格中部，進(jìn)入的污水對(duì)下格前端進(jìn)行攪拌，自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)對(duì)中段進(jìn)行攪拌，而末端則無任何攪拌，以使污泥沉淀，避免污泥溢出。

為防止有限的活性污泥沉淀到底部或隨污水排出，給厭氧菌提供生存和繁殖的空間，上格有兩級(jí)上流式污泥床，用于附著污泥，使污水與污泥能充分接觸，有效延長污水在污泥中的滯留時(shí)間，最大限度地提高上格的凈化效果。

化糞池啟用前，下格和污泥床應(yīng)按比例加入充足的接種物。清理時(shí)不能清空，每次出渣量以池容的1/3 為宜，一是可以保留足量的活性污泥，二是避免未充分發(fā)酵的污泥及有害物抽出。

3 上下格化糞池的特點(diǎn)

上下格化糞池與水平排列化糞池相比其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在6 個(gè)方面。1）下格完全浸泡在水中，固體懸浮物不會(huì)浮出水面，不會(huì)干燥形成結(jié)殼，無異味溢出。2）污泥在下格中，從前端向后端移動(dòng)的過程中無障礙，上下格連通孔大于進(jìn)水管直徑，不會(huì)造成堵塞。3）甲烷是一種重要的溫室氣體，其溫室效應(yīng)要比二氧化碳高出22 倍。上下格化糞池產(chǎn)生的沼氣可以回收利用，或經(jīng)火炬燃燒，將溫室效應(yīng)極高的CH4變?yōu)橄鄬?duì)較低的CO2,降低大氣的溫室效應(yīng)。4）該化糞池只有一個(gè)出渣口且在末端，出渣時(shí)不會(huì)將未經(jīng)充分發(fā)酵的污泥抽出。5）污水在池內(nèi)流動(dòng)的路程是普通化糞池的2 倍，并按規(guī)定的路線前進(jìn)，污水滯留時(shí)間長，在流動(dòng)過程中能與活性污泥充分接觸，污水凈化效果好。6）普通化糞池被分成n格，末端凈化面積是總面積的1/n，該方案上格面積等于總建筑面積，并設(shè)置有兩級(jí)污泥床，末端凈化能力強(qiáng)，出水凈化度高。

圖3 圈舍與化糞池平面圖

4 在養(yǎng)殖污水處理上的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)[4]中的處理單元利用的是水壓式沼氣池。因沼氣池需要儲(chǔ)存沼氣，對(duì)氣密性要求極高，建造難度相對(duì)較大。按照其“一圈一池，糞不出圈，就地處理，集中利用”的指導(dǎo)思想，現(xiàn)將原來的處理單元改變?yōu)樯舷赂窕S池，平面布局如圖3 所示。新建養(yǎng)殖圈舍的化糞池可建在圈舍下部，節(jié)約用地并有利于冬季保溫?，F(xiàn)有養(yǎng)殖場可以建在兩棟圈舍中間，兩棟圈舍共用一個(gè)化糞池。

打掃圈舍產(chǎn)生的污水和尿液匯集到下水道，液體部分自流到化糞池，經(jīng)凈化后排出，而固體部分則留存在下水道，需要人工清理，利用沼氣帶動(dòng)引射器工作可以自動(dòng)沖洗下水道。為圈內(nèi)的每一條下水道分別設(shè)置一套引射循環(huán)系統(tǒng)（如圖3 所示），可以單獨(dú)工作，靈活可靠，間歇式工作的引射器帶動(dòng)凈化后的水沖洗下水道。循環(huán)管應(yīng)高于出水水位，防止污水從循環(huán)管進(jìn)入化糞池。下水道末端設(shè)沉砂池，防止泥砂及禽類糞便中的礦物質(zhì)進(jìn)入化糞池。

化糞池結(jié)構(gòu)如圖4 所示，下格為正方形，又被隔墻分成3 格，隔墻一端的門洞作為施工通道和下格中混合流體的流動(dòng)通道，隔墻除了支撐作用外主要為池內(nèi)流體導(dǎo)流，延長了污水的路程，避免了短路和發(fā)酵盲區(qū)。上格為長方形，活動(dòng)蓋板用于收集沼氣和阻擋漂浮物上浮?；顒?dòng)蓋板上有2 個(gè)沼氣溢出孔，2 個(gè)集氣罩分別收集沼氣帶動(dòng)相應(yīng)的引射器工作。上格中還設(shè)置有兩級(jí)串聯(lián)工作的污泥床，以提高上格的效率，提高出水凈化度。

5 在公共廁所中的應(yīng)用

水沖式公廁是重點(diǎn)推廣的一種公廁形式，但在水資源匱乏的地區(qū)，直接使用自來水沖洗廁所還存在一定困難，即便是水資源充足的地區(qū)，用自來水沖廁也會(huì)增加成本，浪費(fèi)水資源，利用化糞池凈化后的水沖洗廁所是可行的方案。

由于上下格化糞池出水水質(zhì)好，給利用中水沖廁帶來了可能。中水沖廁有2 種方式。1）將中水加壓，與自來水沖洗方式相同，不再討論，適宜不能采用通槽式廁所的場合。2）采用通槽式的公共廁所，中水循環(huán)流動(dòng)沖洗。化糞池結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)人流量選取圖1 或圖4 的結(jié)構(gòu)。

養(yǎng)殖場化糞池構(gòu)造示意圖

通槽式廁所沖洗與養(yǎng)殖場沖洗方法相同，利用引射器帶動(dòng)凈化后的水沖洗便池。不同的是由于沖廁用水量大而沼氣產(chǎn)量少，不能用沼氣帶動(dòng)引射器工作，必須用水泵帶動(dòng)引射器工作。之所以不直接用水泵沖洗，是因?yàn)橐淦骺梢詫⑺玫牧髁糠糯髷?shù)倍，可以選取較小的水泵。

人流較大的公廁可以用定時(shí)器啟動(dòng)水泵，人流較少的可用紅外感應(yīng)器啟動(dòng)水泵，也可以手動(dòng)啟動(dòng)水泵，當(dāng)然啟動(dòng)后都是定時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的。