上下格化粪池设计及其应用

马翠忠

（山东省郯城县农业农村局，山东 临沂 276100）

化粪池是净化含有人畜粪便污水的设施, 由若干单元构成，单元间用管或孔连通，每一个处理单元称为一格，一般为2 格或3 格串联工作。其主要有3 个功能。1）通过沉淀进行固液分离，液体经净化后排出，固体留存池内。2）通过厌氧发酵降低有机物浓度。3）利用厌氧环境杀灭寄生虫卵及病菌，最终达到粪便无害化的目的。

传统化粪池的每一格为水平排列，上部直接与空气接触，有4 个弊端。1）固体悬浮物漂浮在池子上部，不能下沉得到分解，同时占用化粪池的有效容积。2）由于污水成分的复杂性，每格之间的连通孔很容易被异物堵塞。3）产生的沼气不能收集利用，直排到大气中造成空气污染。4）化粪池前端还未完全无害化处理的污泥在清理时会被一起运走，污染环境。

上下格化粪池在参考文献《沼气池引射循环系统优势与构建》[3]已进行了介绍，该文再作进一步改进，增加了污泥床，并介绍其在养殖污水处理和公共厕所上的应用。

1 上下格化粪池的构造

上下格化粪池结构如图1 所示，由池身、活动盖板、集气罩、引射循环系统、污泥床、出水堰等构成。

池身为长方形砖混结构，长宽比一般为3 ∶1，深度2 m。预制混凝土板砌筑在池墙上部1/3处，将化粪池分为上下两格。下格为厌氧发酵间，污水直接进入下格。上格将从下格溢出的水进一步净化。

上、下格通过出渣口连通，出渣口下部四周凸起，一方面防止沼气从出渣口溢出，另一方面可以防止固体漂浮物从出渣口上浮。出渣口处在下格的末端，其下部是经过充分发酵的污泥，从其正下方产生并溢出的气体可忽略不计。

厌氧间盖板底面四周凸起，用于阻挡沼气外溢，沼气从盖板中间孔溢出进入集气罩。集气罩固定于盖板之上，下部放置过滤网阻挡浮渣，防止管道堵塞，集气罩和盖板四周用黏土封堵。

经过下格沉淀，溢出到上格的水污泥含量极低，为提高上格的效率，设置污泥床附着厌氧菌。图1 中为两级串联工作的上流式污泥床，从下到上依次为梁、承重网、纱网、石子。从下格溢出的污水经一级污泥床净化后，再经过二级污泥床的进一步净化，最后排出。

出水堰由PVC 管制作，上部切割若干“V”形槽，使出水分布均匀，并降低水位波动幅度。进水管用三通连接，以方便接种物加入和疏通管道，封堵部件应可拆卸。

图1 上下格化粪池

引射循环系统工作原理见参考文献[1-3]，引射器结构如图2 所示，用PVC 管件制作。以沼气为动力的引射器必须具备气、水分离功能，与气水分离器做成一个整体，通过“U”形管与集气罩相连。

图2 中带箭头的实线为水流，虚线为气流。左侧图为内循环式，用于下格污泥的搅拌，中间图为外循环式，用于养殖场下水道的冲洗，在公厕上应用时，气动引射器用于污泥的搅拌，以水泵为动力的引射器见图2 中的右侧，用于通槽便池的冲洗。

图2 引射器示意图

上格有效深度的确定：有效深度是指“V”形槽到上格底板的高度，其决定了上格水位的高低，也就是决定了沼气的压力。沼气必须有足够的压力为引射循环系统提供动力，储气罐压力一般为200 mm 水柱，引射器工作压力等于集气罩内气体压力减去储气罐压力，集气罩顶部到水面的高度是内部气体压力的最小值，因此集气罩顶部到水面的高度至少为400 mm 才能确保工作压力不低于200 mm 水柱，一般情况有效深度不能小于650 mm。

化粪池产生的沼气储存在湿式储气罐内，储气罐参照参考文献[2-3]建造，居民小区或养殖场内的多个化粪池可以共用一个储气罐。

完工后应进行渗漏试验，下格的水加满后上格盖板所在的一侧应同步加水，防止出现水位差破坏盖板的密封。

2 上下格化粪池的工作原理

污水从进水管进入下格，固体悬浮物上浮到下格上部隔板以下，不能浮出水面，浸泡在水中进行水解，水解后的残渣沉淀在底部。随着污泥的积累，前端的污泥以推流式向后端流动。液体部分经厌氧发酵后从出渣口溢出到上格，在上格中通过两级污泥床进一步净化后排出。寄生虫卵及病菌在厌氧环境下被杀灭，沉淀在池底。

有机物经水解、厌氧发酵产生沼气，沼气暂存在集气罩内作为内循环系统的动力源。引射循环系统在下格的中部，以产生的沼气为动力通过引射器带动污水上下循环流动搅拌污泥，使污水与污泥充分混合，加快反应速度。

进水管深入下格中部，进入的污水对下格前端进行搅拌，自动循环系统对中段进行搅拌，而末端则无任何搅拌，以使污泥沉淀，避免污泥溢出。

为防止有限的活性污泥沉淀到底部或随污水排出，给厌氧菌提供生存和繁殖的空间，上格有两级上流式污泥床，用于附着污泥，使污水与污泥能充分接触，有效延长污水在污泥中的滞留时间，最大限度地提高上格的净化效果。

化粪池启用前，下格和污泥床应按比例加入充足的接种物。清理时不能清空，每次出渣量以池容的1/3 为宜，一是可以保留足量的活性污泥，二是避免未充分发酵的污泥及有害物抽出。

3 上下格化粪池的特点

上下格化粪池与水平排列化粪池相比其特点主要体现在6 个方面。1）下格完全浸泡在水中，固体悬浮物不会浮出水面，不会干燥形成结壳，无异味溢出。2）污泥在下格中，从前端向后端移动的过程中无障碍，上下格连通孔大于进水管直径，不会造成堵塞。3）甲烷是一种重要的温室气体，其温室效应要比二氧化碳高出22 倍。上下格化粪池产生的沼气可以回收利用，或经火炬燃烧，将温室效应极高的CH4变为相对较低的CO2,降低大气的温室效应。4）该化粪池只有一个出渣口且在末端，出渣时不会将未经充分发酵的污泥抽出。5）污水在池内流动的路程是普通化粪池的2 倍，并按规定的路线前进，污水滞留时间长，在流动过程中能与活性污泥充分接触，污水净化效果好。6）普通化粪池被分成n格，末端净化面积是总面积的1/n，该方案上格面积等于总建筑面积，并设置有两级污泥床，末端净化能力强，出水净化度高。

图3 圈舍与化粪池平面图

4 在养殖污水处理上的应用

参考文献[4]中的处理单元利用的是水压式沼气池。因沼气池需要储存沼气，对气密性要求极高，建造难度相对较大。按照其“一圈一池，粪不出圈，就地处理，集中利用”的指导思想，现将原来的处理单元改变为上下格化粪池，平面布局如图3 所示。新建养殖圈舍的化粪池可建在圈舍下部，节约用地并有利于冬季保温。现有养殖场可以建在两栋圈舍中间，两栋圈舍共用一个化粪池。

打扫圈舍产生的污水和尿液汇集到下水道，液体部分自流到化粪池，经净化后排出，而固体部分则留存在下水道，需要人工清理，利用沼气带动引射器工作可以自动冲洗下水道。为圈内的每一条下水道分别设置一套引射循环系统（如图3 所示），可以单独工作，灵活可靠，间歇式工作的引射器带动净化后的水冲洗下水道。循环管应高于出水水位，防止污水从循环管进入化粪池。下水道末端设沉砂池，防止泥砂及禽类粪便中的矿物质进入化粪池。

化粪池结构如图4 所示，下格为正方形，又被隔墙分成3 格，隔墙一端的门洞作为施工通道和下格中混合流体的流动通道，隔墙除了支撑作用外主要为池内流体导流，延长了污水的路程，避免了短路和发酵盲区。上格为长方形，活动盖板用于收集沼气和阻挡漂浮物上浮。活动盖板上有2 个沼气溢出孔，2 个集气罩分别收集沼气带动相应的引射器工作。上格中还设置有两级串联工作的污泥床，以提高上格的效率，提高出水净化度。

5 在公共厕所中的应用

水冲式公厕是重点推广的一种公厕形式，但在水资源匮乏的地区，直接使用自来水冲洗厕所还存在一定困难，即便是水资源充足的地区，用自来水冲厕也会增加成本，浪费水资源，利用化粪池净化后的水冲洗厕所是可行的方案。

由于上下格化粪池出水水质好，给利用中水冲厕带来了可能。中水冲厕有2 种方式。1）将中水加压，与自来水冲洗方式相同，不再讨论，适宜不能采用通槽式厕所的场合。2）采用通槽式的公共厕所，中水循环流动冲洗。化粪池结构形式可根据人流量选取图1 或图4 的结构。

养殖场化粪池构造示意图

通槽式厕所冲洗与养殖场冲洗方法相同，利用引射器带动净化后的水冲洗便池。不同的是由于冲厕用水量大而沼气产量少，不能用沼气带动引射器工作，必须用水泵带动引射器工作。之所以不直接用水泵冲洗，是因为引射器可以将水泵的流量放大数倍，可以选取较小的水泵。

人流较大的公厕可以用定时器启动水泵，人流较少的可用红外感应器启动水泵，也可以手动启动水泵，当然启动后都是定时自动关闭的。