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--> --> --> 化粪池是一种常见的建筑物附属污水处理设施，利用沉淀和厌氧发酵作用，对生活污水进行过渡性处理[1-2]。在我国农村地区，农户住宅较为分散，管网的覆盖率低，集中式污水处理方法不能有效地推广运用[3]。住建部2016年城乡建设统计公报显示，截至2016年末，我国仅有20%的行政村对生活污水进行了处理[4]，这使得化粪池成为很多农户生活污水直排前的唯一处理设施[5]。然而，现有的传统三格化粪池对生活污水的处理效果较差，导致化粪池出水污染物浓度超标，排入水体后恶化了农村水环境，甚至引发水体黑臭现象[6-7]。因此，对传统三格化粪池进行结构和功能的优化设计，提高其出水水质，实现生活污水的就地处理具有现实意义[8]。目前，对化粪池的改进研究主要集中在3个方面：1)改变化粪池内水流形态以增强处理效果，如NASR等[9]对带挡板化粪池的污水处理性能进行研究；2)添加填料以增强对污水的处理效果，如付婉霞等[10]对比了填料厚度对化粪池处理效果的影响；3)在化粪池后增加处理工艺，以进一步处理化粪池出水，如胡娜等[11]对生物接触氧化装置处理化粪池出水的性能进行了研究。生物接触氧化法作为一种高效的生物处理技术，兼具了生物膜法和活性污泥法的优点[12]，如抗冲击负荷能力强、比表面积大、污泥产量小、动力消耗低和易于运行管理等[13-16]。这些工艺特点使其可以应用于化粪池中，在经济且便于管理的前提下，提高农村三格化粪池对生活污水的处理效果。
本研究在传统三格化粪池中集成了包括曝气、厌氧、生物接触氧化的好氧-厌氧-好氧(oxic-anaerobic-oxic，OAO)多级串联工艺，对三格化粪池的结构和功能进行优化设计，并通过模型实验对改进型三格化粪池长期稳定运行效果进行探究，为农村三格化粪池的改造和新建提供参考。
1.1. 小试装置
小试装置由厚度8 mm的亚克力板依据传统三格化粪池等比例缩小制成，小试装置立体示意图如图1所示。反应器整体尺寸为1 000 mm × 500 mm × 600 mm(长×宽×高)，有效水平面高度为450 mm，有效容积为225 L。反应器分成体积比为2∶1∶3的3个格室，第1格和第3格分别由2块低于有效水平面100 mm的过流挡板分隔成3∶2的2个区域。反应器第1格分隔为预处理曝气池和预处理沉淀池2个区域，第2格为厌氧发酵池，第3格分隔为生物接触氧化池和二次沉淀池2个区域。生活污水自反应器左侧的进水管进入预处理曝气池，在曝气作用下，污水与空气及底泥充分接触，随后水流向上通过挡板进入预处理沉淀池，静置沉降泥水分离；而后污水从过流管溢流至反应器第2格的厌氧发酵池，厌氧降解杀菌杀卵；接着污水从过流管进入反应器第3格的生物接触氧化池，在池内与立体弹性填料上的生物膜充分接触，继而水流向上通过挡板进入二次沉淀池，老化脱落的生物膜静置沉淀；最后，处理完成的污水沿着出水管排出反应器。
反应器的通气系统由通气连接管、单向阀和通气管组成。通气连接管连通反应器的第1格和第3格，并在反应器第2格内设有单向阀。当厌氧发酵池内产生气体造成压强增大，气体可通过单向阀进入通气连接管，而连接管内的气体无法进入厌氧发酵池内，从而在排出厌氧发酵所产生气体的同时，保证了厌氧发酵池内的厌氧环境。在通气连接管和单向阀的共同作用下，反应器第3格和第2格的气体均导入第1格，再由第1格的通气管向上统一排出反应器，从而维持了反应器内的气压稳定。
1.2. 实验用水
实验用水为人工配水，以福清第二污水处理厂细格栅后的污水为原水，参照农村生活污水水质进行加药配制，具体的配制方案为C6H12O6 266 mg·L?1、NH4Cl 160 mg·L?1和K2HPO4 17 mg·L?1。配水后的水质指标如下：COD为263~422 mg·L?1、1.3. 分析指标与测定方法
主要分析指标为COD、2.1. 反应器的启动
为加快反应器的启动速度，采用接种挂膜的方式，对生物接触氧化池中的填料进行挂膜启动。接种污泥取自福清第二污水处理厂的曝气池。采用间歇闷曝的方式对生物接触氧化池进行前期挂膜[17]，闷曝10 d后，反应器正常进水，观测进出水的COD和
2.2. 反应器稳定运行的处理效果
在反应器的启动阶段过后，对反应器进行了一个长期稳定运行的监测，以检验改进型三格化粪池对生活污水的处理效果。稳定运行阶段，反应器水力停留时间为24 h，第1格和第3格均依据气水比10∶1进行曝气充氧，曝气量均为2 250 L·d?1，使好氧池溶解氧维持在2~4 mg·L?1，厌氧池中溶解氧≤0.2 mg·L?1，实验温度为实验室室温。反应器稳定运行阶段的进出水各项指标的监测结果如图4~图7所示。
由图4可知，在历时30 d的稳定运行阶段，进水COD为271~418 mg·L?1。稳定运行阶段初期，有机物处理效果有小幅度波动，而后COD去除率逐渐稳定在87%附近，相较传统三格化粪池30%~50%的去除率[18]有了稳定的提升。进水流经预处理曝气池，经过曝气处理后，部分有机物被用于微生物自身合成，另有部分易降解有机物被微生物降解为二氧化碳和水。预处理曝气过的污水经预处理沉淀池稳定后，经过粪管进入厌氧发酵池，在厌氧环境下，有机物历经了水解阶段、产酸发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段等分解代谢过程，最终被分解为CH4、CO2和H2O，一些预处理曝气阶段难降解的有机物，在厌氧池中得到降解。厌氧发酵后的污水进入生物接触氧化池，与填料上的生物膜进行了充分的接触，在微生物的新陈代谢功能作用下，有机物得到有效去除。在预处理曝气、厌氧降解及生物接触氧化工艺的共同作用下，有机物在反应器中得到有效去除。
由图5可知，在稳定运行阶段，进水中的
由图6可知，在稳定运行阶段，反应器的除磷效果较好。进水的TP浓度为4.16~5.12 mg·L?1，经过反应器的OAO多级串联工艺处理，进水中的TP得到稳定有效的去除，去除率稳定在79.15%。由于TP的生物去除本质是通过排泥实现的，随着运行时间的延长，反应器对于TP的去除效果会逐渐下降，故每3个月需对反应器进行清掏排泥，使反应器维持较好的除磷效果。
由图7可知，反应器进水的SS浓度为102~124 mg·L?1，进水中的悬浮物经过预处理曝气池的曝气降解、预处理沉淀池的自然沉降、厌氧发酵池的厌氧降解、生物接触氧化池的吸附截留和二次沉淀池的静置沉淀，浓度得到有效的降低。整个稳定运行阶段，反应器出水的SS浓度为12~22 mg·L?1，平均去除率为85.95%，这表明反应器在稳定运行后对进水中的悬浮物具有较好的去除效果。
2.3. 建设成本及运行电耗分析
在建设成本方面，改进型三格化粪池在传统化粪池的基础上仅需额外购置空气压缩机、穿孔曝气管及填料等，所需成本较低且易于建造。在运行电耗方面，以有效容积为1.8 m3的改进型三格化粪池为例，选用功率为980 W，排气量为90 L·min?1的空气压缩机进行空气输入，在气水比为10∶1，水力停留时间为24 h的情况下，空气压缩机每天的耗电量为6.53 kWh，利用时控开关控制设备以夜间用电低谷时段为主进行曝气，福州地区低谷时段电费约为每度0.3元，设备处理污水所耗电费为1.08元·t?1，接近于福州地区0.95元·t?1的居民生活用污水处理费，故设备整体运行费用较低。2)空气压缩机在运行阶段，依靠时控开关实现自动运行，设置好参数后便可稳定运转，降低了运行管理的难度；改进型三格化粪池通气状况良好，避免了传统化粪池因沼气沉积而遇火源爆炸的安全隐患；生物接触氧化池污泥产量小，立体弹性填料不易堵塞且耐腐蚀老化，满足了农村化粪池长期稳定运行的要求。
3)相较于传统的管网收集后对污水进行集中处理的方法，改进型三格化粪池省去了管网的铺设费用，可实现农村分散式污水的就地处理。与常规的分散式污水处理工艺相比，改进型三格化粪池具有占地面积小，建设及运行成本低，易于管理维护等优点。改进型三格化粪池的经济性和维护便利性符合农村污水处理设施的定位需求，且相较于传统三格化粪池，改进型的三格化粪池对生活污水的处理效率有显著提升。
参考文献
