三格化粪池的工作原理与设计【水处理知识大讲堂001课】

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三格化粪池处理设施，一般是与水冲式厕所相配套，由进粪管、分格池、连通管、盖板等部分组成。

一、设计原理 

三格化粪池的结构设计应遵循的原则：

(1)第一池中应尽量保持足够高的有机物浓度；应有利于通过厌氧发酵自下而上形成“沉渣--粪液--浮渣”三层结构；应使粪便在池中能保持不小于1米的深度；

(2)进粪管的设计上应尽量减少水力学的冲击作用，以降低池底已沉淀的沉渣及寄生虫卵不致剧烈泛起，不致使已形成的表层浮渣被不断冲散。

(3)连通管的设计上，应尽量减少或防止未经厌氧发酵的新鲜粪便直接进入二池；尽量减少池底沉渣及寄生虫卵得以通过连通管流入二池；尽量使进粪管和连通管之间拉开距离；连通管的坡度越陡越好，莲蓬弯宜首选。

(4)第二池的作用为继续发酵池，在设计上应尽量避免或减少第一池新鲜粪便、浮渣、沉渣、寄生虫卵得以经连通管进入第二池；但因发酵需依赖高浓度的有机物及微生物，故其容积应小于第一池。

       (一)第一池 

       因为三格化粪池是要每天接纳新鲜粪便的，为了达到分解粪便中的有机物，杀灭病原体和去除寄生虫卵的目的，首先要求在第一池中为厌氧微生物的繁殖创造条件，使粪便中固相有机污物在厌氧环境下发酵分解成粪液和沼气。只要第一池建造得密封严密，使空气难以漏进，这样，原来空气中残存的一些氧气很快被好氧微生物消耗掉，形成没有氧气存在的厌氧环境。在厌氧微生物及尿素酶作用下，含氮有机物所生成的游离氨能透过细胞膜和卵壳将致病菌和虫卵细胞杀死。第一池粪便厌氧降解过程中，不断出现粪块松散，松散的粪块因发酵形成气泡而浮升液面，变成粪皮(浮渣)，粪皮能隔绝空气造成良好的厌氧环境，而粪便中比重较大的物质，又因散失气泡而下沉，变成粪渣(沉渣)，粪皮与粪渣之间常形成这种不稳定的上下梭动状态，虫卵因其比重大于粪液，则由粪块中释出并在粪液静止或流动缓慢的条件下逐渐下沉，于是在上层粪皮和底层粪渣之间出现一层粪水。但这一过程需要有一定时间，虽然在进粪时就会有粪水从第一池流入第二池，但需要在设计时使粪水在第一池有个适当长的水力停留时间。 

       对第一池，还要尽可能将新鲜的粪块，粪皮和粪渣全部截留在池内，进行发酵，避免漂流到第二池。为此，二池隔墙间的连通管安装位置的高低，管子口径的大小和形状都有讲究，使连通管既不会堵塞，又能截住粪渣，只让粪水顺畅地流过。一般常用连通管为莲蓬弯或斜插管，口径大小宜为内径100毫米。连通管下端距池底高度应为33厘米左右。这是由于这一高度正处在粪皮和粪渣两层之间的清液层中间，连通管的上端是粪水的流出口，为控制第一池粪液面的高低，一般距池底1米，距池顶200毫米。 

另外，当进粪时，为了不使浮在粪液面上的粪皮冲散和沉在池底的粪渣和虫卵泛起，并尽可能保持粪液的平静，形成良好的厌氧和沉卵环境，一般要求进粪管设计成琵琶形状，并紧靠池壁以减小水冲力，口径大小宜为内径150毫米，进粪管下端沉入粪液面下，其深度约为粪液面高度的1/2处为宜。若进粪管下端处在粪液上，进粪时便会冲散粪皮，从而使粪皮涌入连通管而漂流人第二池。若进粪管口径不够大，进粪时会出现气涌现象而被堵住。同时为了尽量避免形成短路，在施工中应尽可能拉开进粪管和连通管之间的距离。

       (二)第二池 

       由于第一池的作用主要是发酵、沉卵、截留沉渣及浮渣，但其厌氧发酵无法达到充分杀灭病原菌和寄生虫卵的要求，所以有必要设置第二池，以补充第一池的不足，使粪液经过第二池处理后，流出的粪水能达到粪便无害化的基本要求。为此，要在第二池创造一个更好的厌氧发酵和沉卵环境。 

       由于第二池不像第一池那样受到进粪时的强烈扰动，而只是受到经连通管从第一池流过来的粪液轻微冲击，只要第二池同样建造得密封严密，便可使第二池有个较宁静的厌氧环境。由第一池流人第二池的粪液，在相对宁静的厌氧环境下能进一步发酵，虫卵比第一池更快地沉入池底。同时，经第二池深度厌氧发酵后，游离氨浓度上升，杀菌能力提高；另外，为细菌提供隐蔽的粪皮和粪渣显著减少，而粪液中的有机物含量仍旧很高，杂菌之间的拮抗作用仍旧存在，从而使有机代谢产物对病原菌及病毒能进一步发挥“杀灭作用”。故相比之下，第二池的灭菌效果和沉卵效果要稍高于第一池，按其生物学作用，第一池以发酵和沉卵为主，第二池以灭菌为主。 

在设计上，应充分防止粪块、粪皮和粪渣流人第二池，由于主要发酵量已在第一池内完成。因此在第二池内粪液的平均停留时间相对可以短一些，也就是说，池的容积可以稍小于第一池。但在具体设计时，要为水冲式户厕在第一池内进行粪便发酵时，易能形成较厚的粪皮创造条件，同时又要为施工时便于作业，所以采取不缩小第一池容积，相应扩大第二池容积，不改变二池总的发酵停留时间的办法来实现。图1的施工图就是根据这一观点出发设计成第一池和第二池的容积相等。

   

 (三)第三池 

从第三池流出的粪水，其所含的残渣和虫卵都已很少，基本上已达到粪便无害化卫生标准。因此，第三池的设置，除了能进一步促进沉卵和灭菌作用外，其主要目的是贮存粪水用于施肥。第三池容积大小，基本由施肥次数和每次施肥量来决定。若第三池的粪水不作肥料，而直接出口进行浅土渗滤法净化处理，则第三池的容积可以适当缩小。  

 二、池容计算 

三格化粪池的池容计算，一般是按第一、二池总的有效容积计算，因为粪便厌氧发酵所建立起来的无害化卫生处理过程基本是在这两个池子内进行的，而第三池主要是起贮存粪水的作用。

家庭户厕化粪池第一、二池总的有效容积计算公式如下： 

    V：（N×克×30×1.1）/1000 

     式中：V--化粪池第一、二池的总有效容积，立方米；

          N--使用人数，人； 

         克--平均每人每天的粪便量和冲水量，其中粪便(粪加尿)量一般取人均为1.5公斤／人，天；

         30--达到粪便无害化卫生标准所需的停留天数，天；

         1.1--预备容量系数； 

         1000--单位换算因数。它的由来是：为了实用方便，平均每人每天的粪便量和冲水量，是采用称重而不是量其体积测得的，为此，将重量(严格地说应为质量)换算成体积时，取粪便的密度近似地为1克／立方厘米，即：1000公斤／立方米，进行计算时才引入这个1000的换算因数。

三、池的深度及池形设计 

    (一)池的深度 

决定池的深度需从多方面考虑：

(1)由于第一池内厌氧发酵形成粪皮和粪渣的厚度不断增加，相应地使池的有效容积逐渐缩小，池的深度过浅，易引起进粪时对粪皮和粪渣的扰动；

(2)我省大部分地区的地下水位高，深度大挖土施工的难度也大，所以池的深度不宜过大；

(3)从安全角度考虑，粪池的深度不宜超过l.6米，粪液面深度不应大于1.3米；

(4)为满足无害化卫生处理效果，对第一、第二池的容积有一定要求，池的深度过浅，占地面积就大，造成土地利用上的困难。综合以上考虑认为第一、二池的粪液面深度应保持为不低于1.O米，池内净高为不低于1.2米，相差0.2米留作粪皮的浮升空间。

    (二)池形设计 

确定池的深度以后，三格化粪池的池形便可根据建池周围的地形、建筑物构筑情况以及池的使用要求等条件决定。具体池形设计，只要符合设计原理，可以不拘一格，如长方形、椭园形等。如土地允许，以长宽比为2：1的长方形较为理想。

四、化粪池的顶面及出口标高 

       (一)化粪池的顶面标高 

       为了不使地面雨水淹没化粪池而导致雨水从盖板漏入池内，整个化粪池顶面标高应高出室外地面标高50-100毫米。 

(二)化粪池出口标高 

为保持粪池内粪液流动的静压头，化粪池出水口管底标高应低于进粪口管底标高50-100毫米，但又要高于所接污水管道顶标高或浅土渗滤管管顶标高。

五、三格化粪池的结构 

三格化粪池一般可分为钢筋混凝土和砖砌两种结构，实际上，常用的是钢筋混凝土和砖砌的混合结构，也有全部是钢筋混凝土结构。

      (一)砖砌体 

采用强度等级(标号)为米U7.5(75号)粘土砖和米7.5(75号)混合砂浆砌筑；砖的形状尺寸(毫米)，或为240×115×53的标准砖，或为216×105×43的八五砖均可使用。

(二)池底板 

采用C18(200号)混凝土浇筑，底下用碎石或碎砖垫层，1：3.5水泥砂浆抹平，最低层为素土夯实。

      (三)池顶板 

可采用C18(200号)钢筋混凝土，3号钢(I级)钢筋现浇或预制，保护层15毫米厚.

(四)池盖板 均为预制钢砼构件，方盖或园盖，采用C18(200)混凝土和3号钢(工级)钢筋保护层厚15毫米，要和顶板合缝严密，浇筑尺寸的误差不得超过±5毫米。

       (五)池壁抹灰 

池外壁用1：3水泥砂浆打底，1：2水泥砂浆抹面，厚20毫米，抹灰从池顶开始，抹到表土上以下200毫米；池内壁抹灰则全部都要抹上，因为它是防止化粪池渗漏的重要措施。内壁抹灰宜采用三层作法，厚20毫米。

三层作法是： 

1、底层抹灰99将基层表面刷干净后，用1：l水泥砂浆普刷池体各部分一遍，用1：3水泥砂浆抹lO毫米厚，用力抹压，然后再用1：1水泥砂浆刷一遍；2、中层抹灰991：2水泥砂浆抹7毫米厚，用力抹压，然后再用1：1水泥砂浆刷一遍；   3、面层抹灰99用1：1水泥砂浆抹3毫米厚，压紧抹光，然后再用1：0.5水泥砂浆刷池2遍。

      (六)进粪管 

宜采用内径为150毫米琵琶弯形状铸铁管，或同样内径、壁厚6毫米的聚氯乙烯(PVC)塑料管，与坡度5％的粪便管道相连接人化粪池。

      (七)连通管 

可用内径为lOO毫米的C18(200号)混凝土预制斜插管，以水平夹角呈60度斜插于隔墙；或用同样内径、壁厚5毫米的聚氯乙烯(PVC)莲蓬弯挂在隔墙上。

六、三格化粪池外接净化沟或净化坑 

      三格化粪池第三池粪水的理想出路是用于农田施肥，但部分地区的农民以化肥代替粪肥因而粪水用量减少，为此必须要为多余粪水寻找合适的净化处理途径。经试验研究确认，采用如图1?D2、1?D3所示的浅土净化沟或净化坑是比较简易而有效的方法。

       (一)净化原理 

       粪水浅土净化的道理，可简单归纳为： 

1、利用浅层土壤微生物多，透气性好的特点，加快粪水中有机物的好氧分解；

2、粪水通过表层土壤毛细管渗透作用，扩大浅土净化面积；

3、粪水通过土壤表层蒸发和植被的升腾作用，不断使水份消失。

(二)净化装置 

       1、出水管--采用内径为lOO毫米，C18(200号)混凝土预制管。 

       2、净化沟--采用内径200毫米瓦简，在1000毫米长度内交叉均匀地钻直径lO毫米的孔20个，然后将每节瓦筒连接，埋入宽400毫米、深450毫米的土沟中，使管子略有坡度，沟壁铺聚乙烯薄膜，瓦筒外置填卵石，上面覆土植被。 

3、净化坑--用直径700毫米、深600毫米的土坑，坑壁铺聚乙烯薄膜，内填卵石，上面覆土植被。

      (三)注意事项 

1)净化装置宜设在具有渗透性及较强毛细管作用土壤，以设在菜地、草坪为佳，表面不能用水泥覆盖；不应设在低洼地，若地势太低，可以培土填高。

      2)净化装置应距离水井30米以上。 

3)如三格化粪池粪水的出水量多，宜采用净化沟，出水量少，可用净化坑。 

七、三格化粪池施工 

      (一)选址时，三格化粪池基础应与相邻原建筑物基础间保持一定净距，其数值一般取不小于相邻两基础底面的高差。 

      (二)开挖池坑时，对土质较好的地块，宜采用直壁开挖，使砖块紧贴坑壁砌筑；对土质差或有地下水的地块，只好采用按一定坡度的放坡开挖，并留不小于150毫米的回填宽度。回填时，可在回填土内掺人30％的碎石或碎砖瓦，要对称均匀，边砌筑边回填夯实，这样可对池墙起到捅箍作用。 

      (三)对地下水位高的地段，在开挖池坑前，先得在池位附近挖掘一口2米深的集水井，用泵抽吸井内积水。只有这样在不断排泄地下水的条件下，才可进行池坑开挖和完成建池任务。

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