4.1 化粪池

化粪池是一种利用沉淀和厌氧发酵的原理，处理粪便并加以过滤沉淀，同时可将生活污水分格沉淀，去除生活污水中悬浮性有机物，以及对污泥进行厌氧消化的处理设施，属于初级的过渡性生活污水处理构筑物。在城镇生活社区、机关事业单位内设置化粪池的最初目的是积取肥料，随着城市化发展和环境污染加剧，化粪池为农业生产提供肥料的作用已经基本消失，它已成为生活污水处理的基本措施之一。化粪池在节流以及沉淀污水中的大颗粒杂质、防止污水管道堵塞、减少管道埋深、保护环境方面都发挥了积极作用。化粪池能截留生活污水中的粪便、纸屑、病原虫等杂质的 50％，可使BOD ₅ 降低 20％，能在一定程度上减轻污水处理厂的污染负荷或水体污染压力。

4.1.1 化粪池的作用

化粪池是基本的污泥处理设施，同时也是生活污水的预处理设施，它的作用主要有以下几个：

（1）保障生活社区的环境卫生，避免生活污水及污染物在居住环境的扩散。

（2）在化粪池厌氧腐化的工作环境中，杀灭蚊蝇虫卵。

（3）临时性储存污泥，对有机污泥进行厌氧腐化，熟化的有机污泥可作为农用肥料。

（4）对生活污水进行预处理（一级处理），沉淀杂质，并使大分子有机物水解，成为酸、醇等小分子有机物，改善后续的污水处理。

4.1.2 三格化粪池的工艺原理及结构组成

（1）工艺原理

三格化粪池由相连的三个池子组成，中间由过粪管连通，主要是利用厌氧发酵、中层过粪和寄生虫卵密度大于一般混合液密度而易于沉淀的原理，粪便在池内经过 30 天以上的发酵分解，中层粪液依次由第一池流至第三池，以达到沉淀或杀灭粪便中寄生虫卵和肠道致病菌的目的，第三池粪液成为优质肥料。具体的工艺原理如下：

新鲜粪便由进粪口进入第一池，池内粪便开始发酵分解，因密度不同，粪液可自然分为三层，上层为糊状粪皮，下层为块状或颗粒状粪渣，中层为比较澄清的粪液。上层粪皮和下层粪渣中所含的细菌和寄生虫卵最多，中层所含虫卵最少，初步发酵的中层粪液经过粪管溢流至第二池，而将大部分未经充分发酵的粪皮和粪渣阻留在第一池内继续发酵，流入第二池的粪液进一步发酵分解，虫卵继续下沉，病原体逐渐死亡，粪液得到进一步无害化，产生的粪皮和粪渣厚度比第一池显著减少。流入第三池的粪液一般已经腐熟，其中病菌和寄生虫卵已基本杀灭。第三池主要储存已基本无害化的粪液。

（2）结构组成

传统的三格化粪池一般是方池平顶，大多采用砖混墙体、钢筋混凝土现浇或预制顶盖板结构，分别在每格顶板上做一个作业井口。施工时必须支模，工艺复杂、工期长、造价高。当化粪池容积较大时，施工时方坑容易塌方，且三个作业井口易失盖掉人，存在一定的不安全性。常见的三格化粪池结构剖面图如图 4.1 至图 4.6 所示，三格化粪池实景图如图 4.7所示。

国内有一种改进型的砌体圆拱式单井口三格化粪池，采用砌体材料，由圆形筒身和圆底面球形薄壳顶盖两部分组成（见图 4.8）。圆形筒身部分分前池、中池和后池 3 部分，由池壁、隔板和墙洞组成。圆底面球形薄壳顶盖由圆形薄壳顶、井口、井盖组成。

圆形筒身部分在前池接进水管，后池接排水管，中池通过设在隔板上的墙洞分别与前池、后池相连。墙洞分别设在隔板高度的 1/2 处。当粪水通过管道进入前池后，由前池初化后经主隔板的墙洞进入中池，再由中池二级处理后经次隔板的墙洞进入后池再处理，完成三级或多级处理后的化粪水通过装在后池的出水管道流出。化粪池的竖向定位是保证井口平于或低于地面。

砌体圆拱式单井口三格化粪池共用一个拱顶和井口，当对化粪池进行检修维护时，只需打开拱顶上井口的活动井盖便可随意出入。

4.1.3 化粪池的设计

4.1.3.1 化粪池设计参数

化粪池处理工艺比较简单，粪便污水进入化粪池后，污水中较大的悬浮颗粒、粪便首先沉降，较小的悬浮颗粒在停留时间内逐步沉降，沉于池底的粪便在缺氧条件下厌氧发酵。因此，化粪池实际上是集沉淀池和消化池为一体的构筑物。

化粪池设计可参考《给水排水设计手册》和化粪池标准图集，结合出水水质要求进行设计。化粪池设计应考虑以下事项：

（1）化粪池的设计应与村庄排污和污水处理系统统一考虑设计，使之与排污或污水处理系统形成一个有机整体，以便充分发挥化粪池的作用。同时，为防止污染地下水，化粪池须做防水、防渗处理。

（2）化粪池的平面布置选位应充分考虑当地地质、水文情况和基底处理方法，以免施工过程中出现基坑护坡塌方等问题。

（3）三格式化粪池第一格容积占总容积的 50％～ 60％，第二格容积占20％～30％，第三格容积占 20％～ 30％；若化粪池污水量超过 50 m ³ /d，宜设两个并联的化粪池；化粪池容积不宜小于 2.0 m ³ ，且此时最好设计为圆形化粪池（又称“化粪井”），采取大小相同的双格连通方式，每格有效直径应大于或等于 1.0m。

（4）化粪池与地下给水排水构筑物的距离应不小于 30 m，与其他建筑物的距离应不小于 5 m，化粪池的位置应便于清掏池底污泥。

（5）化粪池的水力停留时间宜选 48 h或以上，污染物产生量取 0.1 ～0.14 立方米/（人·年），有效水深取 2 ～ 3 m，池体容积为污水量与污泥量之和，滤料层高度为 0.8～1.2 m。

化粪池的沉淀部分和腐化部分的容积应按《建筑给水排水设计标准》（GB 50015—2019）确定。污水在化粪池中停留时间宜采用 12～36 h。对于无污泥处置的污水处理系统，化粪池容积还应包括贮存污泥的容积。

化粪池的池容积计算公式如下：

式中： V _t ——化粪池的容积（m ³ ）；

V _污水 ——污水部分的容积（m ³ ）；

V _污泥 ——污泥部分的容积（m ³ ）；

N ——使用人数（人）；

α ——使用百分数；

q ——化粪池进水流量［升/（人·天）］；

t _s ——污水停留时间（h）；

T _w ——污泥清掏时间（h）；

a ₁ 、 b 、 c ——已知常数。

以上参数的计算需注意以下几个方面：

（1）化粪池进水流量。因建筑物排水流量是随季节变化的，最大排水日多在夏季，由于水温高，有利于悬浮物的沉降，污水沉降在 2 h内最佳，扣除污泥气对沉降的影响，所选择的 t _s 往往超出污水沉淀所需时间，因此，化粪池进水流量 q 可按平均日排水量进行设计。

（2）污水停留时间。考虑到任何建筑的排水都以 24 h为一个变化周期，取 t _s ＝ 24 是比较合理的。如果建筑排水集中在某一段时间（ T _p ）内，其余时间（24- T _p ）几户不排水或排水很小，选 t _s ＝ T _p 就能满足要求，但不应小于 12 h，否则将影响沉淀或冲起化粪池底部的悬浮颗粒，严重影响出水效果。对于分散性大的农户化粪池可采用 t _s ＝ 12 h的停留时间；对接待人数较多的农家乐而言， t _s ＝ 24 h比较合理。也有资料显示，最大日排水的污水停留时间与平均日排水的污水停留时间的比值（ K _b ）取 1∶1.5。如 t _s 取 24 h，则最大日排水时的污水停留时间取 16 h。

（3）污泥清掏时间。污泥清掏时间（ T _w ）与化粪池内污泥需要的消化时间（ T _x ）相关，当取 T _w ≤ T _x 时，化粪池污泥未达到消化需要的时间，粪便处理效果不好；当取 T _w ＞ T _x 时，在 T _x 前进入的粪便均未转化为熟污泥；只有取值相当大（ T _w ≫ T _x ）时，已消化的熟污泥占全部污泥的比例才会高，化粪池污泥处理效果才会好。但考虑到造价，化粪池对污泥处理要求不像污水处理厂那样严格，清掏的污泥并不是立即施于农田， T _w 可适当放宽，但不应小于 90 d。

（4）三格化粪池的功能安排。对于三格化粪池而言，第一格池用于污泥消化和沉淀较大颗粒，其容积按 V _污泥 加上 2 h的污水量考虑。第二格池用于沉淀较小颗粒，其容积按 t _s 减去 2 h的污水量考虑。第三格存放待排放的污水。分三格的目的是避免消化污泥对污水沉淀的影响。

（5）粪便、生活污水的分流、合流制排水对化粪池的影响。分流、合流制排水对化粪池出水是有影响的，但无论是分流排水还是合流排水，进入化粪池的粪便污泥量是相同的，而污水量不同。

通过计算，分流系统需要的污水容积与污泥容积几乎相等；而在合流系统中，由于q≫30 升/（人·天），污水容积远大于污泥容积。目前，化粪池管理比较混乱，不能按期掏粪，粪便污泥积累使得污水实际停留时间小于设计时间。从以上分析中可以看出，分流制系统的污水停留时间缩短的速度高于合流制系统，水质恶化也更快。因而，在分流制排水系统中，实际选用的化粪池应大于设计容积；在合流制排水系统中，化粪池污水容积远大于污泥容积，具有一定的贮存额外污泥的能力，但其出水水质受季节变化影响，夏季进水流量大，停留时间短，出水水质差，而冬季则相反。因此，合流制化粪池最好在夏季用水高峰来临之前清掏一次，人为增加污水在化粪池中的停留时间。

在分散型农村生活污水处理系统中，化粪池出水如进入土壤渗滤、人工湿地等环境生态工程，更适合采用合流制系统化粪池，有利于降低出水中的COD、BOD、TN、TP、SS浓度，使之更能满足污水主处理系统的进水水质需求。

4.1.3.2 化粪池设计中要考虑的特殊问题

在化粪池设计阶段需要特别重视以下问题：

（1）化粪池堵塞控制设计。在化粪池大样通用图中，化粪池第一格的设计水面到进粪管口底的高度为 10 cm，这个高度在 20 世纪 80 年代前是合理的。因为当时人们的日用品，如卫生用品和食品包装主要是草纸材质，在自然环境中容易腐烂。20 世纪 80 年代后因人们开始大量使用塑料食品袋和化纤制品，一旦化学制品特别是塑料制品进入化粪池内，塑料制品垃圾一般浮于水面，粪渣很快就会升到进粪管道口，造成管道堵塞现象。因此，化粪池第一格的进出口高度加高到 15 cm，有条件的加高到 18 cm，可避免进粪管道口被堵塞。

（2）化粪池内的排水通道尺寸、标高等设计，应符合《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB 50242—2002）10.3.2 的规定：排水检查井、化粪池的底板及进、出水管的标高必须符合设计，其允许偏差为±15 mm。若与设计标准偏差过大则会影响化粪池的使用功能。

（3）公用厕所及三格化粪池的结构。三格化粪池是将粪便收集和无害化处理建在一起的设施，粪屋部分与普通厕所相似，化粪池是无害化处理的关键。在三格化粪池中，三格粪池的布局、形状、容积、进粪口、过粪口、出粪口、清渣口、排气管等都与无害化和保肥效果密切相关。

①化粪池布局。化粪池可设置在蹲位下面，也可设置在粪屋外。蹲位多且需要两行排列的厕所，化粪池一般设置在屋内，但要将清渣口设置在屋外，以便于清渣和防止盖板不严臭气泄露污染环境空气。蹲位单行排列的厕所，宜将化粪池建在屋外以便检修和排渣。

②化粪池形状。长方形化粪池的盖顶建筑材料易找到，施工方便，且能延长粪便在池内的流程，有利于无害化处理。

③化粪池容积。化粪池容积需根据粪便在化粪池内的储存时间等决定。要求杀灭传染病虫卵和病菌的，第一格和第二格的池容积要满足服务人数的 30 d的粪便停留时间，其中第一格稍大些，占 18 d。当不考虑这些因素时，设计停留时间可按第三格化粪池的停留时间进行设计。第三格容积视用肥或排水后水处理设施情况决定，一般为服务人数的 10 ～ 20 d的粪便停留时间。

④过粪口。三格池子的格与格之间设有过粪口。过粪口关系到粪便流动方向、流程长短，是否有利于厌氧和阻留粪皮、粪渣等问题。较好的过粪口形式是在隔墙上安装（斜放）直径为 150 ～ 200 mm的过粪管。管的下端为入粪口，在第一、第二格之间设在隔墙下 1/2 处，在第二、第三格之间设在隔墙中部或稍高的位置。管的上端为出粪口，上端均设置在隔墙顶部位，出水口下缘即第一、第二格的粪液面，粪便超过这个液面，即溢过下一格。过粪口可用陶管、水泥预制管、PVC管、砖砌空心柱等。

⑤进粪口。三格化粪池进粪口多采用管型粪封式。这种进粪口是借助第一格粪液面把进粪管一端的口封住，可以大大减少臭气，并防止蚊蝇进出。进粪管是在蹲位下的粪都（盆）或滑粪道下接一根直径为 100 mm、管下端插入第一格液面 20 ～ 30 mm的管子（如陶管）。为防止进粪时粪水上溅，管道要斜放，斜度以管道中轴线与水平面夹角为 70° ～80°为宜。

⑥出粪口与清渣口。出粪口设置在第三格顶部，建筑尺寸为宽 500 ～600 mm、长 500～1 000 mm，同时设置活动盖板。第一、第二池顶部设置直径为 500 mm的清渣口，并设活动盖板。

⑦排气管。粪便在化粪池内发酵的过程中会产生沼气等气体，为保证安全，第一格池顶部可设置一个口径为 50～100 mm的排气管，管的上端高出厕屋的顶部。

供农户家庭使用的小型三格化粪池类似上述的公厕化粪池，除排气管等少数结构和布局存在一些差异外，其他的大体相似。

4.1.3.3 化粪池附属设施的臭气泄漏防护设计

混凝土检查井盖板的提环一般做成能上下活动的钢筋提环。这种做法的不足体现在：一是很难保证提环根部密封而不泄漏臭气；二是因为提环一部分伸在井池内，受井池内沼气、高湿度环境影响，会加快提环的锈蚀。若把提环做成环根部固定，提环外露在一个槽底呈菱形、槽高 20 mm的槽上部，就能克服上述缺点。改造后的提环只有一小部分露在外面，又与盖面平整，不会造成行人绊脚的情况。维修起盖时，用一根钢筋钩环或钢丝绳加上一条杆即可。

检查井、雨水井应避免臭气泄漏，污染环境。废水排出管与室外污水管道连接处的检查井以及雨水管并入污水管的检查井，若在来水管端接一个与来水管大小相同的弯头，可防止臭气由各户的地漏泄出。

4.1.4 化粪池的管理

4.1.4.1 化粪池施工建设管理

（1）地址。无论是公厕还是家庭化粪池，都要选择距村庄内饮用水源包括饮用水管 30 m以上、地下水位较低、不容易被洪水淹没并方便使用的地方建设。

（2）化粪池要注意防渗漏。化粪池池壁、池底要用不透水材料构筑，严密勾缝，内壁要用符合规范的水泥砂浆粉抹。化粪池建成后，注入清水检查证明不漏水方能验收使用。

（3）进粪口粪封线的掌握。进粪口要达到粪封要求，需注意准确测定化粪池的粪液面。其粪液面是过粪管（第一、第二格之间）上端下缘的水平线位置，进粪管下端要低于此水平线下 20～30 mm。

4.1.4.2 化粪池建成后的日常维护管理

化粪池日常管理工作主要包括：防止进粪口堵塞；定期检查第三格的粪液水质状况（COD、SS、TN、TP等），特别要关注悬浮物含量，其含量过高时要在预处理工程给予特殊处理；定期清理第一、第二格化粪池中的粪皮、粪渣，清除的粪皮、粪渣及时与垃圾等混合高温堆肥或者清运作卫生填埋；经常检查出粪口与清渣口的盖板是否盖好、池子损坏与否、管道是否堵塞等情况，并及时做好维修工作。

4.1.5 农村化粪池性能的总体评价

化粪池能够降低 70％～75％的SS和 30％～35％的BOD ₅ ，但是无法达标排放 ，同时能截留生活污水中 50％的粪便、纸屑、病原虫等杂质。与城镇社区化粪池相比较，农村化粪池的建设不太规范，化粪池的容积、水力停留时间、污泥消化的设计参数均存在不确定性。化粪池实际效果也不尽人意，化粪池出水的COD、SS、TN、TP等含量十分高，不能满足土壤渗滤、人工湿地等环境生态工程设计规定的进水水质要求。同时，化粪池的渗漏现象严重，不仅造成工程的污水收集率低，还会对地下水造成严重污染。化粪池的维护管理混乱，污泥消化不彻底，并大量溢入后面第二格池内，造成出水SS含量高，导致土壤渗滤、人工湿地等后序污水处理系统的堵塞。

因此，分散型农村生活污水处理工程建设过程中，首要任务是对化粪池进行适当的改造，并增设必要的预处理设施，避免化粪池污水直接进入以自然净化为主体的水处理设施中，以延长处理系统的寿命。

4.1.6 化粪池的处理效果

（1）化粪池出水的COD _Cr 、BOD ₅ 浓度及其去除效果分析

湖南大学所做的《湖南农村地区化粪池和人工湿地效果研究报告》 显示，化粪池A、C、E、F同时收纳厕所污水和生活污水，进水的COD _Cr 浓度偏低，分别为 339.10 mg/L、 509.55 mg/L、 292.20 mg/L、 438.16 mg/L，BOD ₅ 浓度分别为 150.88 mg/L、 232.75 mg/L、 130.30 mg/L、 190.25 mg/L。化粪池B、D、G仅收纳厕所污水，进水的COD _Cr 浓度分别为 762.05 mg/L、639.38 mg/L、 495.37 mg/L，BOD ₅ 浓度分别为 345.00 mg/L、 295.00 mg/L、220.00 mg/L。各不同类型化粪池进出水中，COD _Cr 和BOD ₅ 平均浓度及其平均去除率如表 4.1 和表 4.2 所示。

从化粪池的出水水质及污染物处理效果来看，三格化粪池（除城市学生公寓H池使用人数过多外）均具有较好的COD _Cr 和BOD ₅ 去除效果，COD _Cr 的去除率大致在50％～70％，BOD ₅ 的去除率大致在40％～70％，处理后COD _Cr 的出水浓度一般在 150 ～ 300 mg/L，BOD ₅ 的出水浓度一般在 75 ～ 150 mg/L。为后续污水处理起到了积极的预处理作用，保障了后续污水处理装置的稳定运行。其中，G为乔口镇刚进行过清掏的化粪池，与乔口镇未及时清掏的同类型、同容积化粪池B相比，其COD _Cr 和BOD ₅ 去除效果更好；化粪池D清掏时间也不长，其COD _Cr 和BOD ₅ 去除率也比其他未及时清掏的化粪池高。化粪池H为城市公用建筑（城市学生公寓）的三格化粪池。由于建筑物内人口多、产生的粪便污水量大，致使污水在化粪池内停留时间短，且由于化粪池处理不及时，因此出水COD _Cr 和BOD ₅ 浓度都较高，去除效果欠佳。双格化粪池具有一定的处理效果，COD _Cr 平均去除率为 42.6％，BOD ₅ 平均去除率为 41.1％，但低于三格化粪池。

化粪池出水COD _Cr 和BOD ₅ 浓度及其去除率在夏秋季随季节变化不大，但冬季出水COD _Cr 和BOD ₅ 浓度明显上升，其去除率则呈下降趋势。原因在于，化粪池主要是通过物理沉淀和化粪池内微生物的厌氧发酵对有机物进行生化降解，温度的变化对厌氧菌厌氧发酵的影响是造成化粪池出水浓度及其去除率变化的主要原因。本书研究所选的化粪池位于湖南省中北部农村地区，化粪池池内水温随季节变化明显。监测显示，夏季化粪池内水温在 24～26 ℃，秋季水温在 21～ 25 ℃，冬季水温在 15 ～ 19 ℃。夏秋季因化粪池水温较高，厌氧发酵反应速度快，因此有机物分解快，化粪池出水的COD _Cr 和BOD ₅ 浓度较低，去除率较高；冬季化粪池水温较低，厌氧发酵反应速度缓慢，不利于有机物的分解，因此化粪池出水的COD _Cr 和BOD ₅ 浓度较高，去除率有所降低。此外，从同一天的不同时段看，通常上午8～10 点是农村居民排水和排污较集中的高峰时段，出水的COD _Cr 和BOD ₅ 浓度在同一天中为最高，其他时段无明显规律性。

（2）化粪池出水水质的可生化性

生活污水经化粪池处理后，污水的可生化性有了一定的改善和提高（见表 4.3）。化粪池进水的BOD ₅ /COD _Cr 比值在 0.42～0.46，经三格化粪池或双格化粪池预处理后，出水的BOD ₅ /COD _Cr 比值可提高至 0.47 ～ 0.52。污水可生化性的提高有利于改善后续的污水处理。公用建筑的三格化粪池由于用水量大，污水在其中的停留时间短，影响了微生物的厌氧发酵作用，其进出水的可生化性基本没有变化。

（3）化粪池出水的SS浓度及其去除效果分析

典型的农村生活污水悬浮颗粒物来源一方面是厕所污水中的粪渣和卫生纸，另一方面是厨房废水中夹带的部分菜梗、菜叶以及倾倒剩菜剩饭造成的食物残渣等。化粪池对于污水中SS的去除以沉淀作用为主，厌氧发酵作用为辅。生活污水进入化粪池后，密度大的悬浮物如粪便残渣、蔬菜梗、卫生纸等会下沉，而密度小的悬浮物如菜叶、茶叶残渣、动植物油等会上浮，并最终漂浮在水面上。通常，三格式和双格式化粪池对污水中悬浮物的沉淀过程大多在第一和第二格内完成。化粪池出水管由一个 90 度下弯的弯头和一截约 1 m的竖管构成，收集水面 1 m以下的污水，避免漂浮物和沉淀物进入下一格化粪池。表 4.4 展示了不同化粪池对SS的去除效果。

从表 4.4 可以看出，对于只收纳厕所污水的化粪池B、D、G，其进水的SS浓度较高，为 1 007.71 mg/L、 769.70 mg/L、 893.00 mg/L。而同时收纳厕所污水和生活废水的化粪池A、C、E、F，其进水的SS浓度较低，为 571.88 mg/L、 612.25 mg/L、 499.60 mg/L、 736.25 mg/L。单格化粪池J、K由于取样时采集的是上层清液，因此SS浓度并不太高，为 504.00 mg/L、 736.95 mg/L。公用建筑三格化粪池（化粪池H）由于使用人数多，排水排污量大，且停留时间短，进出水的SS浓度很高。

从化粪池出水的SS浓度及去除效果来看，三格化粪池（除城市学生公寓H池使用人数过多外）具有较好的SS去除效果，SS的平均去除率在50％～70％，出水的SS平均浓度在 150～650 mg/L。化粪池容积大小和污水停留时间是影响化粪池出水的SS浓度及其去除率的重要因素。化粪池C与化粪池A、B的服务人口基本一样，但化粪池C容积较大，其悬浮物平均去除率也就较高。另外，化粪池清掏与否也是影响其悬浮物去除效果的主要因素，刚进行清掏过的化粪池G与同一调研点、相同容积却未及时清掏的化粪池B相比，其悬浮物去除效果要好得多，平均去除率为 77.9％。D池也是清掏时间不长的化粪池，其SS平均去除率为 65.9％，去除效果也优于在采样周期内未进行过清掏的B池。对比三格化粪池A、E和双格化粪池I可以看出，双格化粪池也具有一定的SS去除效果，但整体上比三格化粪池去除效果差。

同时，实验也表明，化粪池出水的SS浓度及其去除率随季节变化不明显，这是因为化粪池去除SS的主要机理是物理沉淀作用而非生物作用，因此，温度的变化对SS去除的影响不大。

（4）化粪池出水的总氮和氨氮及其去除效果分析

农村生活污水中总氮的主要来源是厕所污水中的粪便、尿液以及剩饭剩菜中的含氮有机质。总氮分为有机氮和无机氮。其中，无机氮以氨氮为主，主要来源于尿液；有机氮主要来源于粪便和剩饭剩菜残渣。生活污水中的有机氮在微生物的水解作用下也会转变为氨氮。化粪池内总氮的去除，一方面是通过厌氧细菌将有机氮转化为氨氮并部分挥发到空气中达到去除的目的；另一方面是通过厌氧细菌的反硝化作用，将硝态氮和亚硝态氮转化为氮气，扩散到空气中。尽管化粪池内污水的溶解氧浓度较低，一般为 0.2～0.5 mg/L，能满足反硝化作用所需的厌氧环境条件，但过低的溶解氧抑制了硝化细菌进行硝化和亚硝化作用，造成化粪池污水中硝态氮和亚硝态氮不足，厌氧细菌的反硝化除氮效果不明显。因此，化粪池对生活污水中总氮指标的去除，主要是通过微生物的氨化作用产生氨氮并挥发到大气中来实现的。化粪池中进出水氨氮浓度的变化，主要也是利用厌氧菌的氨化作用将有机氮转化为氨氮而使化粪池出水的氨氮浓度上升，以及氨氮挥发扩散到大气中导致水中氨氮浓度减少两者共同作用的结果。

由表 4.5 和表 4.6 可以看出，仅收集厕所污水的化粪池B、D、G进水的总氮和氨氮浓度较高，其中总氮平均浓度为 168.41 mg/L、 117.22 mg/L、77.43 mg/L，氨氮平均浓度为 135.80 mg/L、 99.71 mg/L、 57.75 mg/L。特别是未进行清掏的B池，总氮和氨氮平均浓度最高，分别为 168.41 mg/L和 135.80 mg/L，而及时清掏的G池进水的总氮和氨氮平均浓度明显降低，分别为 77.43 mg/L和 57.75 mg/L。同时收集厕所污水和厨房废水的化粪池A、C、E进水的总氮和氨氮平均浓度较低，其中总氮平均浓度为 38.39 mg/L、 63.20 mg/L、 43.62 mg/L，氨氮平均浓度为 28.18 mg/L、 49.96 mg/L、 31.76 mg/L。F池由于发生短路现象，进水的总氮和氨氮平均浓度偏高，分别为 96.19 mg/L和 77.58 mg/L。各类化粪池中总氮和氨氮平均浓度相差不大，说明化粪池中的氮以氨氮为主。而污水中的氨氮主要来自尿液，因此，仅收集厕所污水的化粪池，其进水的总氮和氨氮平均浓度要比同时收集厕所污水和厨房废水的化粪池高得多。

从表 4.5 和表 4.6 还可以看出，化粪池对总氮和氨氮的处理效果均不理想，总氮去除率大多在 10％以下，刚清掏过的化粪池G的总氮去除效果稍好些，去除率为 17.8％。而从化粪池出水的氨氮监测结果看，其浓度反而比进水要高，主要原因是污水在化粪池内停留时间较长，通常可达 12 ～24 h，粪便和生活污水中的有机氮可被氨化细菌厌氧水解为氨氮，而化粪池内通常为厌氧状态（溶解氧浓度一般为 0.2 ～ 0.5），又不利于硝化细菌的好氧硝化和亚硝化作用分解氨氮，故而化粪池中出水的氨氮浓度比进水高，氨氮去除率基本为负。表 4.5 显示，总氮去除率不高，这可能是由于污水停留时间短，有机氮氨化程度低且城区气温高（测定时间为夏季），以及氨氮的挥发速率较快这两者共同作用的结果。化粪池出水的总氮和氨氮浓度随季节性气温的降低总体呈缓慢上升趋势，而其去除率则呈缓慢下降趋势。这种变化的主要原因是，从夏到冬的季节变化使化粪池内的水温、气温随季节性下降，致使氨氮的挥发程度减弱而造成出水的氨氮浓度升高所致。而由水温降低导致的微生物生化作用减弱的影响是次要的。

进水的氮含量对其水解转化及出水的氨氮浓度也有一定影响。化粪池A和化粪池D服务人口相同，容积相近，清掏周期接近，但仅收集厕所污水的化粪池D出水的氨氮浓度更为稳定，且转化率较低；而同时收集厨房厕所污水的化粪池A出水的氨氮浓度变化相对化粪池D较大，且转化率较高。这是因为，尽管收集厕所污水的化粪池污水停留时间比同时收集厨房和厕所污水的化粪池停留时间略长，有机氮转化为氨氮的量稍高，但相比于进水高浓度的氨氮，转化形成的氨氮所占比例仍较低。同时，高浓度的氨氮在化粪池久置的过程中，氨氮的挥发性比较大，加之化粪池内污水的pH值大于 8，偏碱性的条件有利于污水中氨氮的挥发。由此造成进出水的氨氮浓度变化不大，氨氮去除率绝对值较低，而化粪池A受生活污水变化大的影响使其氨氮浓度变化大。

比较各类化粪池的影响因素，如服务人口、清掏周期、化粪池容积等对其SS、COD _Cr 和BOD ₅ 等去除率的影响发现，上述影响因素对SS等指标的去除率影响较大，而对总氮和氨氮影响较小。其原因在于，化粪池氨氮和总氮去除率的变化主要与氨氮的挥发性密切相关，因而仅与温度密切相关。

生活污水中氮的去除效果除了化粪池的氨氮挥发作用外，主要是通过植物及微生物的生化作用来实现的，而生化作用对氮的去除率与污水的C/N有关。以BOD ₅ /NH ₃ -N的比值来反映C/N，化粪池进出水的BOD ₅ /NH ₃ -N比值如表 4.7 所示。表 4.7 显示，仅收集厕所污水的化粪池B、D进水的BOD ₅ /NH ₃ -N比值较低，为 2.54、2.96；而同时收集厕所污水和厨房废水的化粪池A、C、E进水的BOD ₅ /NH ₃ -N比值较高，为 4.42、4.65、4.10。与农村地区相比，城市化粪池H、I进水的BOD ₅ /NH ₃ -N比值更高，为6.03、7.77。BOD ₅ /NH ₃ -N比值高低反映污水中含碳有机物的多少，城市污水中含碳有机物的量比典型农村地区高，这与不同地区的生活习惯和生活水平有关。

污水经过化粪池处理后，BOD ₅ /NH ₃ -N比值普遍降低。这是因为，在化粪池中氨氮浓度大多因氨化作用上升，而BOD ₅ 浓度因厌氧发酵作用而下降。由于在污水生物处理中，微生物脱氮除磷需要碳源，BOD ₅ /NH ₃ -N比值过低将不利于脱氮除磷。有机碳源的缺乏会使异养反硝化细菌因缺乏其生长必要的碳源和能源，而造成氮元素形态停留在硝态氮阶段，从而使反硝化脱氮效果不佳。

（5）化粪池出水的总磷浓度及其去除效果分析

生活污水中，总磷主要来源于厕所污水中的粪便以及厨房废水中使用的洗涤剂中的磷。化粪池对于总磷的去除主要通过两个途径：一是通过微生物的作用将生活污水中的有机磷分解为无机磷；二是通过沉淀作用将生活污水中的粪渣沉淀下来，从而达到去除磷的目的。表 4.8 展示了不同化粪池出水的总磷平均浓度及其平均去除率。

从表 4.8 可以看出，不同化粪池进水的总磷平均浓度相差较大。仅收集厕所污水的化粪池B、D进水的总磷平均浓度较高，为 14.45 mg/L、19.61 mg/L；化粪池G由于清掏及时进水的总磷平均浓度降低了，为 7.57 mg/L；而同时收集厕所污水和厨房废水的化粪池A、C、E进水的总磷平均浓度较低，为 5.31 mg/L、 10.49 mg/L、 2.78 mg/L。说明化粪池中的总磷主要来源于粪便污水。

从表 4.8 还可以看出，各类化粪池进水的总磷浓度不尽相同，但总磷去除率比较接近，为 25.1％～ 41.9％。双格化粪池与三格化粪池在总磷去除率上没有太大的区别，原因在于所调查的双格化粪池和三格化粪池SS去除率上并没有很大区别。而化粪池去除污水中磷元素的主要途径是利用不溶性磷的物理沉淀作用。城市学生公寓三格化粪池总磷处理效果较好，可能是因为其进水的总磷浓度较高，不溶性磷所占比重较大，物理沉淀后去除的不溶性磷较多，因此去除率较高。同时，监测结果表明，化粪池出水的总磷浓度随季节由夏至冬的变化而缓慢上升，完成量则有所下降，其原因在于：一是由夏至冬的气温下降，微生物受到抑制，从而使总磷的去除率有所下降，导致出水的总磷浓度上升；二是由夏至冬进水的总磷浓度有所上升，导致出水的总磷浓度相应上升；三是由于出水的SS浓度由夏至冬缓慢上升，使化粪池出水中粪渣含量上升，导致出水的总磷浓度升高。

同时，清掏周期会影响总磷去除效果。化粪池D与化粪池B有相近的容积和相近的服务人口数，但化粪池D清掏频率高，因此较化粪池B对总磷的去除效果更好。化粪池容积对总磷处理效果也有影响。化粪池C与化粪池A服务人口数相近，但化粪池C容积较化粪池A大，其总磷去除效果更好。

生活污水中磷的去除方式主要是物理化学沉淀除磷和生物除磷。生化除磷的效率与污水的C/P比值有关，以BOD ₅ /TP比值反映C/P比值，化粪池进出水的BOD ₅ /TP比值如表 4.9 所示。从表 4.9 可以看出，在湖南典型农村地区，各类化粪池进水的BOD ₅ /TP比值相差较大，最低为 15.05，最高则达到了 46.88，污水经过化粪池处理后，出水的BOD ₅ /TP比值除城市学生公寓外，其余普遍有所降低。

4.1.7 粪污资源化利用

农村生活污水治理应与改厕统筹开展，即结合厕所模式选择污水治理的技术工艺。目前，农村户用厕所主要模式及粪污处理去向如表 4.10所示。

粪污还田不仅可将其资源化再利用，还能为农户节省肥料成本，产生经济效益和环境效益。但是，粪污须进行无害化处理，达到《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）后才能进一步资源化利用。

粪污主要通过三格式化粪池和末端处理设施处理后达到无害化要求。按《农村户厕卫生规范》（GB 19379—2012）的规定，粪便污水停留时间不低于 60 天，其中一池（截流沉淀与发酵池）20 天，二池（再次发酵池）10 天，三池（贮粪池）30 天。三格式化粪池为多次厌氧发酵。其中，一池为厌氧发酵分解层，阻留沉淀寄生虫卵；二池为深度厌氧发酵层，游离氨浓度上升，可杀菌杀卵，达到无害化要求。

但是，近年来随着农村地区水冲式厕所增多，冲水量加大，且部分洗澡水也进入了化粪池，污水处理过程中未能有效控制为厌氧条件（大多数为兼氧），污水停留时间不足，造成化粪池消杀时间不足，以及末端无消杀设施，进而使大肠菌群超标严重。

在化粪池预处理无法达到无害化要求的情况下，需要在处理终端增加消毒杀菌设施（紫外线优先），确保粪污大肠菌群达标排放，避免卫生指标不达标情况下资源化利用所带来的健康风险隐患。如果粪污已实现无害化，可进一步通过特定的处理回用技术将粪便还田，实现资源化利用。

（1）粪便还田利用

粪便还田利用技术是将粪尿全部作为肥料资源化利用，分为粪尿分离处理和粪尿不分离处理两种处理方式，每种方式下又根据农户居住条件细分成两种利用途径。对于粪尿分离处理，粪便与填料混合发酵处理后的利用去向有：其一，农户层面直接就地消纳，即农户庭院有小菜地或小果园，农户可将粪便和填料混合发酵物直接用于庭院作物的肥料；其二，农户没有小菜地或小果园，则统一收集运送至大田，回田利用。对于粪尿不分离处理方式，粪便利用去向有：其一，农户自家修建堆沤池，将三格化粪池中第一格内的粪便转移至堆沤池，附加秸秆填料进行堆肥处理，从农户庭院层面直接消纳；其二，农户构建堆沤池，将粪污堆肥处理后统一收集转移至大田回用。

针对我国干旱地区缺水少雨的特点，通过对填料配比、菌剂、堆肥时间以及堆肥温度的调节，制定不同作物、不同土壤类型的粪便堆肥还田方案，可实现干旱地区粪便的无害化、资源化利用。

针对我国寒冷农村粪便易冻结、难处理等问题，可采取农村粪便“统一收集，集中处置，统一还田”的方式，通过对填料配比、菌剂、堆肥时间以及堆肥温度的调节，制定不同作物、不同土壤类型的粪便堆肥还田方案，实现寒冷地区粪便的无害化、资源化利用。

针对我国南方水网环境特点，对于水田主要采用粪便水肥一体化处理，通过填料配比、菌剂、堆肥时间以及堆肥温度的调节，制定不同作物（水稻、玉米、小麦等）、不同土壤类型、不同还田类型（水田、旱地等）的粪便堆肥还田实施方案，实现南方水网粪便的无害化、资源化利用。对于旱田，主要采用统一收集、集中回田的方式，结合当地经济发展水平，可通过机械化大田施肥方式进行粪便的回田处置，实现粪便的资源化利用。

（2）尿液还田利用

根据农户生产习惯，对尿液进行还田利用可分为两种方式，即粪尿分离处理和粪尿不分离处理。对于粪尿分离处理方式，应将尿液单独收集后，再根据农户条件细分利用途径：其一，利用一体化水肥技术，在灌溉水中配比合适比例的尿液，用于农户庭院小菜园和小果园的肥料供给；其二，对于没有庭院结构的农户，将尿液统一收集后，集中进行水肥一体化还田利用。对于粪尿不分离的处理方式，待三格式化粪池出水达到一定时间后，再采取分散收集、就地消纳，或统一收集、还田利用。

针对我国干旱地区不同作物（小麦、玉米、大豆等）种植种类，结合当地环境特点，通过水肥一体化尿液还田，优化制定不同作物的水尿不同配比参数，实现尿液的无害化、资源化利用。

针对我国寒冷地区尿液处理技术及高寒环境分散式处理特点，采取统一收集、集中处置的方式进行水肥一体化尿液还田，制定不同作物、不同土壤类型的尿液还田实施方案，实现尿液的无害化、资源化利用。

我国南方水网地区的农村厕所一般采用三格化粪池、水冲式厕所，尿液一般与粪便统一进入化粪池，经过发酵处理，最终可以在小菜地、小果园就地处置，也可以通过统一收集、集中处置的方式进行大田回用，制定不同作物吸收、不同土壤类型的尿液还田方案，实现尿液的无害化、资源化利用。 E4L31VKzhDUljBg277SYssVChlNsMTBidQey8sE5sW/VSucE+zu1g6AaNNW6NGAQ