基于化糞池改造的市政污水濃度提升措施研究

摘要：面對(duì)污水廠進(jìn)水濃度低、污水處理效率不高的難題，一些用水量大、化糞池出水濃度本底值較低的城市無法通過傳統(tǒng)的雨污分流改造措施達(dá)到理想效果。對(duì)此，研究提出了化糞池取消、化糞池降級(jí)、化糞池修復(fù)3 種改造方案，分析了城中村、住宅區(qū)、公建區(qū)3 類典型地塊，并針對(duì)改造前后的化糞池污水濃度指標(biāo)進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示3 種方案均可有效提高化糞池污水濃度，其中化糞池取消方案效果最好，化糞池降級(jí)方案及化糞池修復(fù)方案效果次之。

關(guān)鍵詞：南方城市；污水濃度低；化糞池取消；化糞池降級(jí)；化糞池修復(fù)

2022 年3 月，我國發(fā)布《深入打好城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》，要求到2025 年，城市生活污水集中收集率力爭達(dá)到70% 以上，進(jìn)水BOD5 濃度高于100 mg/L 的城市生活污水處理廠規(guī)模占比達(dá)90% 以上，充分體現(xiàn)推進(jìn)城市生活污水收集處理工作的力度和決心[1]。但部分城市由于城區(qū)建成時(shí)間較早，尤其是在2003 年9 月《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）（注：GB 50015-2003 目前已廢止，由GB 50015-2019 替代。）實(shí)施之前，絕大多數(shù)住宅小區(qū)、商業(yè)建筑未按規(guī)范實(shí)施雨污分流，市政管網(wǎng)基本為雨污合流，導(dǎo)致污水廠進(jìn)水濃度長期處于較低水平，部分水資源充沛的南方城市污水廠進(jìn)水BOD5 濃度僅30～50 mg/L，遠(yuǎn)未達(dá)到國家要求。因此，如何提高污水廠進(jìn)水濃度，實(shí)現(xiàn)污水廠“提質(zhì)增效”是當(dāng)前亟需解決的市政難題。

傳統(tǒng)解決方案是通過雨污分流減少雨水進(jìn)廠，提高市政污水管進(jìn)水濃度，但對(duì)于部分水資源豐富的南方城市而言，由于居民用水習(xí)慣較為“隨意”，污水出戶本底值較其他城市低，采用傳統(tǒng)方案無法將污水廠進(jìn)水BOD5 濃度提高到100 mg/L 以上，因此如何從源頭提高污水廠進(jìn)水濃度成為當(dāng)前研究中關(guān)注的重點(diǎn)。

1 現(xiàn)狀問題

1.1 案例概況

以水系發(fā)達(dá)的南方某城市低濃度排水地塊為例，該市地處珠江三角洲腹地中部，年均降水量1517.1 mm，年均徑流深689.8 mm，年均徑流總量5.56 億m3；市內(nèi)河流縱橫，水網(wǎng)密布，大小河涌數(shù)千條，水資源豐富；排水系統(tǒng)以合流制為主，極少部分為分流制，雨污分流率僅18%。該市污水廠近3 年運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，進(jìn)廠污水中，BOD5 濃度平均為63.64 mg/L，最高為89 mg/L；COD 濃度平均為148 mg/L，最高為241 mg/L；氨氮濃度平均為14.2 mg/L，最高為22.4 mg/L；總氮濃度平均為17.9 mg/L，最高為25.9 mg/L；總磷濃度平均為1.9 mg/L，最高為3.56 mg/L。總體而言，各項(xiàng)濃度指標(biāo)均偏低，尤其是BOD5 濃度，較國家指標(biāo)低36.36%。

1.2 原因分析

南方某城市污水廠進(jìn)水濃度較低的原因主要有3 點(diǎn)，一是城市排水系統(tǒng)主要為合流制，雨污分流率低，且其所在地理位置年降雨量較高，大量雨水混入市政污水管網(wǎng)；二是地下水豐富，平均地下水位深度在1.50～1.80 m 之間，同時(shí)現(xiàn)狀市政管網(wǎng)多為平口連接，且已建成多年存在脫節(jié)、錯(cuò)口、破損等缺陷，易造成外水入侵，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，污水廠約15%～20%進(jìn)水量來自地下水；三是人均用水量較高達(dá)350 L/d，是全國平均用水量（120 L/d）的2.92倍，導(dǎo)致出戶污水濃度較低。

2 方案優(yōu)化

2.1 傳統(tǒng)方案

針對(duì)污水廠進(jìn)水濃度問題，傳統(tǒng)方案基本圍繞如何進(jìn)行雨污分流開展。如，對(duì)于源頭的排水單元部分，按照“應(yīng)分盡分”原則新建排水系統(tǒng)，將雨水和污水剝離開，部分無法剝離的排水單元?jiǎng)t通過截流方式進(jìn)行總口截流；對(duì)于市政管網(wǎng)傳輸部分，通過新建的方式，將空白區(qū)的市政道路污水管網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充，基本形成完善的雨污分流市政排水系統(tǒng)；對(duì)于現(xiàn)狀存量管網(wǎng)，通過清淤、檢測、修復(fù)等方式進(jìn)行改造，恢復(fù)其原有排水功能，減少河水或地下水入侵進(jìn)入污水系統(tǒng)；對(duì)于沿河排口部分，通過排口改造，封堵污水排水，疏通雨水排口，并對(duì)截流排口采取防倒灌措施，避免河流高水位時(shí)倒灌進(jìn)入污水系統(tǒng)。

2.2 改造方案

2.2.1 化糞池改造方案思路

對(duì)于出戶污水濃度較高的城市，傳統(tǒng)方案可以解決其污水廠進(jìn)水濃度較低的問題，但對(duì)于居民用水量大、出戶污水濃度較低的城市，傳統(tǒng)方案則很難進(jìn)一步提高其污水廠進(jìn)水濃度。本研究以化糞池改造為切入口，從化糞池出水源頭進(jìn)行分析，提出化糞池取消、化糞池降級(jí)、化糞池修復(fù)3 種改造方案。

2.2.1.1 化糞池取消

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014-2021）第3.3.6 條，當(dāng)城鎮(zhèn)已建有污水收集和集中處理設(shè)施時(shí)，分流制排水系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)置化糞池。依據(jù)《城鄉(xiāng)排水工程項(xiàng)目規(guī)范》（GB55027-2022）第4.1.11 條，在建立較為完善的污水收集處理設(shè)施和健全的運(yùn)行維護(hù)制度的前提下，分流制排水系統(tǒng)逐步取消化糞池[2]。由此可知，在已經(jīng)雨污分流的排水單元，可采用化糞池取消方案。

2.2.1.2 化糞池降級(jí)

我國化糞池多為3 格結(jié)構(gòu)，多采取3∶1∶1容積結(jié)構(gòu)類型，可使糞便停留時(shí)間保持在24～36 h[3]，能夠沉降污水中的懸浮物，去除生活污水中懸浮性有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)沉淀和初步厭氧處理。化糞池結(jié)構(gòu)層級(jí)越多，糞便之類的生活污染物停留時(shí)間則越長，通過厭氧發(fā)酵降低污水中BOD5 濃度，使得生活污水濃度從源頭便開始衰減，在一定程度上導(dǎo)致了污水廠進(jìn)水濃度降低。采用化糞池降級(jí)方案，如將化糞池減少至1 格，可縮短污水停留時(shí)間，提高化糞池出水濃度[4]。

2.2.1.3 化糞池修復(fù)

20 世紀(jì)90 年代以前，我國大部分化糞池采用磚砌結(jié)構(gòu)， 磚砌化糞池的密封功能沒有保障，易受地基沉降影響。同時(shí)，隨著使用時(shí)間增加， 磚砌化糞池易因脫灰而造成結(jié)構(gòu)破損，不但會(huì)導(dǎo)致污水泄露污染土地，還會(huì)使地下水豐富地區(qū)的地下水返涌進(jìn)入化糞池內(nèi)降低污水濃度。采用化糞池修復(fù)方案，通過修復(fù)或更換化糞池結(jié)構(gòu)來提高其密封性，可減少污水外滲和地下水入侵，提高化糞池出水濃度[5]。

2.2.2 化糞池改造方案實(shí)施

選取城中村、住宅區(qū)、公建區(qū)3 類典型地塊的共計(jì)12 處（每類4 處）化糞池進(jìn)行改造。所選地塊基本已實(shí)現(xiàn)雨污分流，化糞池基本為磚砌結(jié)構(gòu)，且建設(shè)年代相近，初始變量基本保持一致。

基于上述3 種化糞池改造方案思路，結(jié)合3 類典型地塊實(shí)際情況，進(jìn)行化糞池改造方案的實(shí)施。如，對(duì)于住宅區(qū)、公建區(qū)地塊，其化糞池具備的修復(fù)條件較少，各選取1 處化糞池實(shí)施修復(fù)方案；對(duì)于城中村地塊，其化糞池具備的修復(fù)條件較多，則選取2 處化糞池實(shí)施修復(fù)方案。合計(jì)選取5 處化糞池采用化糞池取消方案，3 處化糞池采用化糞池降級(jí)方案，4 處化糞池采用化糞池修復(fù)方案。

3 結(jié)果分析

于每處化糞池改造前后，各在晴天的早、中、晚采集3 次試樣，混合后測定BOD5 和COD 這2 項(xiàng)污水濃度指標(biāo)[6]，并根據(jù)污水濃度指標(biāo)變化情況對(duì)改造結(jié)果進(jìn)行分析。

3.1 效果匯總

據(jù)統(tǒng)計(jì)，化糞池改造前后污水濃度變化情況如表1 所示；化糞池改造前后BOD5 濃度對(duì)比如圖1 所示；化糞池改造前后COD 濃度對(duì)比如圖2 所示。

3.2 總體分析

根據(jù)效果匯總可知，3 種改造方案均可提高化糞池污水濃度，其中BOD5 濃度平均可提高9%，COD 濃度平均可提高11%。

3.3 對(duì)比分析

基于效果匯總的對(duì)比分析可知，采用化糞池取消方案的5 處化糞池污水中BOD5 濃度提高比例為9%～14%，平均提高12%，COD 濃度提高比例為9%～23%，平均提高16%；采用化糞池降級(jí)方案的3 處化糞池污水中BOD5濃度提高比例為7%～10%，平均提高8%，COD 濃度提高比例為8%～10%，平均提高9%；采用化糞池修復(fù)方案的4 處化糞池污水中BOD5 濃度提高比例為4%～6%，平均提高6%，COD 濃度提高比例為4%～9%，平均提高7%。

綜上所述，化糞池取消方案改造效果最好，其次是化糞池降級(jí)方案，最后是化糞池修復(fù)方案。

4 結(jié)論

①對(duì)于污水濃度本底值較低的城市，若要提高污水廠進(jìn)水濃度和運(yùn)行效率，除采取雨污分流、存量管網(wǎng)修復(fù)改造等常規(guī)措施外，還可從源頭采用化糞池改造方案提高污水濃度。

②在化糞池取消、化糞池降級(jí)、化糞池修復(fù)3 種方案中，化糞池取消方案效果最好，其取消了生活污染物在化糞池中的厭氧發(fā)酵過程，可大幅提高化糞池污水中BOD5、COD 濃度；化糞池降級(jí)方案效果次之，其減少了生活污染物在化糞池中的停留時(shí)間，也可一定程度地提高化糞池污水中BOD5、COD 濃度；化糞池修復(fù)方案效果最微，其只是通過減少地下水滲入來提高化糞池污水濃度。

③化糞池取消方案尚存在管道淤堵風(fēng)險(xiǎn)，適用于雨污分流徹底且有成熟物業(yè)公司進(jìn)行日常清掏的住宅小區(qū)、公建區(qū)等地塊，對(duì)于沒有物業(yè)公司定期清掏的城中村地塊，可采用化糞池降級(jí)、化糞池修復(fù)方案。

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作者簡介

楊宗海（1992—），男，漢族，四川廣安人，工程師，碩士，主要從事市政、水環(huán)境工程設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-08-06