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化粪池发展简史

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化粪池是最简单的废水处理装置。其基本原理,一是在重力和浮力的共同作用下,静置的粪尿废水发生分层和沉淀分离,这是物理的作用。一般而言,厕所废水静置后会逐渐分离为3层,如图1所示,即漂浮在液体上面的浮渣层、中间的液体层和底部的沉渣层。比重小于水的物质(如油类),或者夹带气泡的絮团,会在浮力作用下上浮形成浮渣层;比重比水大的固体沉淀在底层,形成沉渣。中间层是相对澄清的液体,其中可能会含有比重跟水差不多的固体颗粒,或者粒度很细小的还来不及上浮或下沉的颗粒。

兰州凯萨诺玻璃钢化粪池

        化粪池的另一个重要原理是厌氧的生化作用。人们对厌氧的生化作用的利用历史很悠久,比如发酵做馒头或者酿酒,但是认识到这是由于特定的细菌发生作用,则是近代的事情。地球上有一类细菌,可以在没有氧气等电子受体物质的参与下,将复杂的且能态更高的物质(通常是大分子,如淀粉),分解为能态更低的物质,从中获取自身生命活动所需要的能量。通过厌氧生化作用可以对广泛的生物性废物进行分解,如纤维素、淀粉、蛋白质、油脂、尿素等,主要的产物包括各种有机酸、甲烷、腐殖质、铵、溶解性的磷等。总体而言,经过化粪池内的厌氧生化作用,废水所含的能量变少,性质变得稳定。同时经过化粪池内长时间的高氨氮、高pH值等的作用,肠道寄生虫的卵等致病因子也会被杀灭,使出水和出渣的生物安全性都得到显著改善。这就是化粪池“无害化”的基本原理。

       如今我们已经完全掌握了化粪池的工作机制,但化粪池从来自经验和灵感的设计到理性的认识,所话费的时间超过了100年。作为一种对水冲厕所的废水进行初级处理的设施,最早的化粪池设计可以追溯到19世纪。1860年法国人MOURAS设计了一种进水管和出水管均深入液面下形成水封的新型粪池,于1881年被MOIGNO在书中成为“MOURAS池”,这便是现代化粪池的先驱、1895年,英国市政建筑师CAMERON和CUMMINS对“ MOURAS池”进行了改进,首次以“化粪池(septic tank)”命名并申请了专利,要点是通过厌氧生化作用强化固体物质分解。1905年,德国人IMHOFF对化粪池的结果进行改进,将池子分为两格,强化了固体物质与出水的分离,让还没有充分分解的固体物质沉淀在化粪池的第一个格子内,便于长期停留在化粪池内进行分解(不至于被出水带出化粪池),同时也改善了出水的水质。这种结构类型被称为IMHOFF槽(IMHOFF TANK),被广泛应用于对城市排水进行初级处理,如小区或大楼设置的化粪池,以及污水处理厂的初沉池。

       由两格化粪池演变为三格化粪池是中国人的智慧。由于早前水冲厕所和下水道在我国还不普及,厕所用水量不多,粪尿普遍用于施肥。为了便于农民取粪、施肥,同时又不影响化粪池内必要的水力停留时间,人们在两格化粪池的后部又增加了一格,用于储存熟化的粪液。

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       化粪池发展的每一步在今人眼里看起来都简单,但在实现人类的环境卫生目标和性能上,都隐含着巨大的进步,甚至是颠覆性的变化。从两格变为三格,蕴含的是我们中国人自古以来的资源利用思想,这完全不同于西方人的“用完即弃”的思维。进入近代后,中国人在生活卫生方面没有发展出用管道供水和管道输送的方式来解决排便问题的技术,根源是我们在机械化方面(这是现代化的基础)落后了,但古代中国人在排泄过程的卫生性和舒适性上并不落后于西方人。中国人自古以来就有将粪尿用于施肥的传统,在资源环境可持续发展的理念上,我们一直领先于西方国家。在中国的南方地区,传统上会使用具有防渗功能的储粪池,在储存粪尿的同时,也在通过厌氧的生化作用对粪尿进行分解熟化。这样的目的并不是为了排放,而是为了更好地利用肥料。在这种意义上,化粪池在中国古已有之。

       发化粪池在现今各种废水处理的方法相比,最大的优势就是结构简单、运行更简单。无论是重力分离还是厌氧发酵,化粪池都是利用了自然界自发的过程,几乎不需要人工操作。由此可看出,化粪池每一步的改进设计都很有意义。每增加一格,其性能甚至功能定位都大有不同,并不是简单地增加容积或者延长流程。近来有人提出“四格”甚至“五格”化粪池的想法,若仅仅是简单地增加沉淀或厌氧的格数,则这种设想或设计就没有必要。因为化粪池主要是靠足够厂是水力停留时间,来实现有效的沉淀(上浮)和厌氧生化降解。在容积相同的情况下,将化粪池再分为更多的室,对上述两种功能几乎不会产生新的贡献。如果在现有三格化粪池的后面再增加其它的废水处理操作,比如利用职务新手营养物,或者利用好氧生化作用去除有机质,并且强行将其制作成一体化的装置,反而将失去黄飞鸿次结构简单和操作简便(除清扫之外)的优势。

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