郑向群，高艺，徐艳，张春雪，王强，魏孝承，杨波，陈昢圳，李厚禹，李倩
（农业农村部环境保护科研监测所）
作者简介：郑向群（1974—），男，湖北英山人，博士，研究员，主要从事农业环境监测、乡村环境污染治理工作。
基金项目：创新工程所级重点项目
摘要：三格式户厕是我国农村改厕推荐模式之一，三格化粪池是三格式户厕的核心组成部分，也是当前我国厕所革命推进过程中应用最广的粪污处理设备。本文基于三格化粪池在我国农村改厕中的应用情况，分析了三格化粪池在实际应用中存在的常见问题，明确了当前粪污资源化利用与达标处理技术类型的适应范围和优缺点，最后对农村三格化粪池技术进行了展望，旨在为三格化粪池模式建设提供技术指导，为进一步优化粪污利用技术、规范改厕工作提供理论参考。
1 我国农村三格化粪池的应用现状
2004—2017 年，我国三格化粪池建设数量从3641.7万户增长至8146.4万户。为深入了解三格化粪池在我国的应用现状，本文从三格化粪池结构、相关标准规范的发展历程、近年来三格化粪池在我国农村的建设情况，以及应用中常见的问题进行分析。
1.1 三格化粪池的发展历程
1.1.1 三格化粪池结构
目前，市场上推行的三格化粪池结构比例主要分为三种：一是《建筑给水排水设计规范》（GB 50015—2003）中提出的3∶1∶1型结构；二是《镇（乡）村排水工程技术规范》（CJJ 124—2008）中提出的2∶1∶1 型结构；三是《农村户厕卫生规范》（GB 19379—2012）中提出的2∶1∶3型结构。
三种比例的化粪池在实际应用中可以根据化粪池的功能定位来进行选型，当三格化粪池作为厕所粪污的末端处理设施时，化粪池一般使用2∶1∶3型三格化粪池且生活杂排水不可排入化粪池内；当三格化粪池作为生活污水预处理构筑物时，生活杂排水可排入化粪池内，此时三种比例的化粪池皆可使用。此外，2∶1∶3型三格化粪池不仅具有去除和灭*寄生虫卵等病原体的功能，还可作为粪污的贮存设施，第三池的粪液可适时清掏直接还田。而3∶1∶1型和2∶1∶1型三格化粪池的构造理论与平流式沉淀池相似，其进出水口需设置浮渣挡板保证污泥在厌氧的条件下腐化发酵，但其出水的无害化效果却鲜见报道，出水应接入收集系统后进行深度处理。随着城乡一体化建设不断推进，农村地区呈现出人口规模小、居住密度低、分散系数大等特点，常规的集中管网上下水道模式并不适合农村分散地区，且农村分散地区普遍拥有大面积农田，粪污资源化利用需求较高。因此，我国绝大多数农村地区适宜选择2∶1∶3型三格化粪池。
1.1.2 农村三格化粪池相关标准规范
随着人们对生活品质和环境卫生需求的不断提升，关于农村三格化粪池的相关标准规范也在不断完善（表1）。2003年首次发布的《农村户厕卫生标准》（GB 19379—2003）提出了“无害化卫生厕所”的概念，规定了三格化粪池的基本结构和建筑设计要求。2012 年发布的《农村户厕卫生规范》（GB 19379—2012，代替 GB 19379—2003）进一步明确了无害化卫生厕所建设要求，并将三格化粪池作为无害化卫生厕所向全国推荐。然而，对三格化粪池的安装施工要求以及工程质量验收标准还未明确，导致地方政府在推进过程中无标可依。目前，部分地方政府在参考国家现有标准的同时总结了各地农村厕所新建与改建施工与质量验收的实践经验，制定了适宜本地区的农村户厕规范或指南（表1）。2020年4月，国家出台了《农村三格式户厕建设技术规范》（GB/T 38836—2020）和《农村三格式户厕运行维护规范》（GB/T 38837—2020），对三格化粪池的设计、安装与施工、工程质量验收与运行维护要求进行了具体规定，对农村三格式户厕建设质量和运维提出了更明确的要求。
表1 国家和地方政府出台的部分三格化粪池卫生厕所标准和规范
1.2近年我国农村三格化粪池建设情况
2004—2017年间我国各省（区、市）三格化粪池的建设情况如图1所示，数据来自中国经济与社会发展统计数据库（西藏、青海和港澳台地区数据缺失）。农村三格化粪池数量以6.94%的年增长率持续增长，且三格化粪池的建设存在着明显的空间区域性差异。
图1 2004—2017年全国累计卫生厕所及三格化粪池卫生厕所户数
1.3 三格化粪池应用中常见的问题
虽然三格化粪池在我国农村改厕工作中覆盖面很广，但三格化粪池在应用中出现的问题屡见不鲜。2019年国务院农村人居环境整治工作检查组在河南省、安徽省等地抽查发现，三格化粪池普遍存在质量及运行问题，例如出粪口损毁、格池间隔板变形导致串水、排气管未安装等，甚至个别地区三格化粪池厕所建而不用。这些问题的出现直接关系到改厕质量和居民日常生活。
（1）有效容积不足
（2）化粪池质量不达标
（3）施工质量难以保证
（4）粪污处理处置不当
2 粪污资源化利用与达标处理技术模式类型
基于目前我国广泛使用三格化粪池处理粪污的现实情况，本文仅探讨以化粪池为主体实现粪污资源化利用和达标处理目标的技术模式。
2.1资源化利用技术模式
三格化粪池粪污资源化利用模式可分为两种类型，一种是“三格化粪池 就地分散利用”，另一种是“三格化粪池 清掏转运 集中利用”。
“三格化粪池 就地分散利用”模式主要用于单户联户农村改厕及粪污就地资源化，适用于居住分散、有粪污还田需求的农村地区。
“三格化粪池 清掏转运 集中利用”模式主要用于整村改厕及粪污资源化，适用于城郊或有经济条件的居住集中的农村地区。该模式主要是通过吸粪车定期抽吸粪液，转运至粪污集中收集站进行集中无害化处理，生产的粪肥根据各地需求再进行资源化利用。
目前，“三格化粪池 清掏转运 集中利用”模式在农村厕所粪污资源化利用中应用更多。但两种技术模式相较而言，“三格化粪池 就地分散利用”模式建设成本低，易于管护；“三格化粪池 清掏转运 集中利用”模式建设和运营成本相对较高，需要配备专业管护队伍和设备，但易于管理，利用效率高。因此，各地在选择农村改厕和粪污资源化技术模式时，需因地制宜、因村施策。
2.2达标处理技术模式
在我国农村改厕的背景下，水冲式厕所大量替代免水冲厕所将导致大量液态粪污产出，如不经深度处理而直接外排，会加重农村水体污染，极大增加了农村生活污水治理压力。然而，截至2020年底我国农村生活污水治理率仅为25.5%。因此，很多学者为提高传统三格化粪池的处理效率，对其结构和功能的优化升级进行了积极探索，主要体现在以下几个方面：
（1）在化粪池中设置适当的填料层。主要利用填料对常规化粪池进行升级，其中填料增加了微生物附着面积，提高了微生物对污染物的降解率，同时起到过滤效果。近期，有研究学者对填料利用进行了优化，主要有两种思路（表2）：一种是经化粪池厌氧消化后的出水再进入填料单元，利用填料对污染物进行截留（过滤）、吸附，增加微生物降解效率，提高出水水质；另一种是将填料单元内置于三格化粪池中，利用填料拦截大颗粒的有机物，并增加微生物密度及生化反应速率来净化水质。
表2 填料型化粪池的相关研究
（2）改变化粪池中的污水水流形态以增强化粪池的处理效果。当进水量较大时，传统的三格化粪池水流状态为水平流，出水水质较差，对污染物的去除效率低。为更好地将厕所污水和生活污水进行协同处理，许多研究人员在化粪池污水水流形态方面进行了一些改进和优化，形成了以升流式厌氧污泥床反应器（UASB）和厌氧折流板（ABR）为代表的新型污水处理装置（表3）。
表3 UASB和ABR处理污水的相关工作参数和处理效果
（3）化粪池后衔接不同处理工艺，如“化粪池 自然处理”技术。该技术目前在国际上应用较为广泛，以两格化粪池为主同步收集黑灰水，后端配备土地渗滤等技术。近年来，随着黑灰水的自然处理技术成为国内研究热点，“化粪池 自然处理”技术在国内也被诸多学者研究与应用。目前常见的自然处理技术包括人工湿地、土地渗滤、稳定塘等，其主要通过过滤、吸附、氧化还原、生物转化、植物吸收等功能处理污水。
三种技术方式相较而言，化粪池中增设填料层方式对填料性质要求较高，若选择不当，易造成阻塞，降低处理效果；改变化粪池中污水水流形态的方式应根据不同的应用条件和出水去向进行选择，后续需适当增加处理工艺以保证达标排放；化粪池后衔接不同处理工艺的方式应借助当地土地和坑塘沟渠等自然条件，因地制宜组装和设计技术路线，充分发挥水土自净功能，实现达标排放。
3 农村三格化粪池技术展望
厕所革命已从单纯的农村改厕发展到改厕和粪污处理及资源化并重阶段，农村对粪污的处理利用需求也越来越高。为确保农村改厕质量，提升农村人居环境整治效果，三格化粪池技术需在以下几个方面进一步改进和发展。
（1）构建三格化粪池产品与施工质量技术标准体系。建立三格化粪池产品质量控制标准，规范三格化粪池选料用料、生产工艺和过程、出厂质量管控等相关环节，从源头确保产品质量合格；建立三格化粪池施工与验收标准，规范施工队伍、施工流程和验收等相关环节，实现施工队伍专业化、施工管理标准化；推动产品及施工的市场化认证及第三方评估。
（2）建立“三格化粪池 资源化利用/达标处理”系统化改厕新模式。三格化粪池功能单一，应将三格化粪池建设和末端资源化或达标处理进行整合，以资源化利用或达标处理技术对三格化粪池技术进行优化升级，优选增加末端资源化利用功能模块，对厕所粪污及生活污水进行协同治理，为农村庭院与大田种植供水供肥，实现农村改厕与农村庭院经济和农业绿色发展相结合。
（3）构建厕所粪污资源化利用或达标处理的环境及健康风险评价体系。粪污资源化利用及达标处理是未来发展趋势，应探索厕所粪污中养分循环利用规律，提升养分利用效率；加强厕所粪污处理及利用过程中的典型污染物迁移、转化和累积机理研究，防控环境污染风险；开展人体暴露及摄入风险研究，保障人体健康。
