玻璃钢生物化粪池选用设计

玻璃钢生物化粪池选用设计

梁佩宇1，肖睿书1，李华2等

（1．广西华蓝设计〈集团〉有限公司，南宁 530011；2.南宁威尔森环保技术开发有限公司，

南宁 530021）

摘要：提出了适用于民用和工业建筑生活污水准生物处理的预制玻璃钢生物化粪池的设想；介绍了满足现行国家规范相关条文要求的生物化粪池选用设计容积、人数、水力停留时间和生活用水定额等参数，其内容可供建筑排水设计人员参考。

关键词：玻璃钢生物化粪池；准生物处理；现行国家规范；参数

Choice Design of Fiber-glass Reinforced Plastic

Bio-septic Tanks

LIANG Pei-yu 1，XIAO Rui-shu1，LI Hua2 et al

(1.Guangxi Hualan Design & Consulting Group, Nanning 530011；2.Nanning Wellsun

Environ-Tech Development Co.Ltd.,Nanning 530021)

Abstract：The prefabricated FRP bio-septic tanks are suitably used in civil and industrial buildings’wastewater systems by means of quasi-bio-treatment process; and the choice design parameters are introduced, such as volumes, persons, hydraulic retention times as well as water consumption per capita per day, etc., which satisfy the relative requirements of currently national code; these are presented for reference.

Key words：FRP bio-septic tank；quasi- bio-treatment；currently national code；parameter 0 前言

新世纪伊始，一种采用玻璃钢材质制造的生物化粪池（HFRP）逐年增长地投放建筑市场，以代替砖砌化粪池[1]或钢筋混凝土化粪池[2]这类新式（2002年9月1日或2003年2月15日以后为缺氧降解）和旧式（1993年4月20日前为厌氧降解）传统化粪池（traditional septic tank，简称HC），迄今北京中日威尔森生产的HFRP产品已遍布全国各省市累计达到一万余座，成功运营1至9年；先后有91SBZ3（2007）[3]、赣07ZS403[4]、09BS23-1[5]和桂10TS501[6]等HFRP选用及安装图集出版发行，已使用于2008北京奥运自行车、射击、曲棍球、现代五项、皮筏艇等场馆并远销至安哥拉出口对外援建项目；通过回访调查产品应用情况证实，清掏周期取半年设计的容积与旧式HC大一号的HFRP，实际可达到少则1.5年多则2年没有实施清掏污泥仍能继续发挥准生物处理高效环保效益。究其原因是：

①HFRP池体中设置了立体弹性生物填料[7]，其锯齿状填料丝直径约为0.6mm，明显粗于其

他填料并呈放射状，它与水体接触更为充分，空隙可变性大，不堵塞，不粘连结团，表

面截面积大，生物挂膜迅速，材质寿命长。

② 两道挂膜装置巧妙地利用环流泛水原理加大了污水在池内的流程，在相同容积条件下，

污水在HFRP 池内停留时间比HC 延长，提高了准生物降解程度，大大降低了污水中COD cr 、BOD 5及NH 3-N 等的指标；其结果是HFRP 在缺氧状态下准生物处理产生的恶臭气体比旧式HC 减少了较多，长达9年未清掏的某些HFRP ，出水水质依然是无色清澈透明，除第一格表面有塑料袋等较薄浮渣层外，第二、三格无明显的浮渣层，与文献[8]

报道的旧式HC 超期未清掏会产生1m 多厚浮渣层和气体将池底污泥带至水面并使出水水质严重恶化现象形成鲜明对比。

③ HFRP 池体呈卧式圆筒形表面光滑相对于HC 呈矩形表面粗糙而言，污泥浓缩沉淀效果更

优得多。

综上所述，HFRP 真正清掏周期t G (genuine draw-out period)可企望达到旧式HC 设计清掏周期t D 的1.5倍以上（t G ≥1.5t D ），仍能维持HFRP 满足国家节能减排与环保卫生的正常运行要求。考虑HFRP 出水水质如此优良，以下拟围绕HFRP 展开讨论，并建立HFRP 各种参数选用表，方便读者查阅。

1 新旧规范对比

主导化粪池选用设计取值的现行国家规范

[9] [10]

可分新旧两种版本， GB

50015-2003[9]

截止日期是2010年3月31日(以下简称旧版)，GB 50015-2003（2009年版）

[10]

从2010年4月1日起实施（以下简称新版）。

1.1 计算公式对比

旧版无计算公式。新版推荐化粪池有效容积应为污水部分和污泥部分容积之和，并宜按下列公式计算：

n w V V V += （4.8.6-1）

)100024(???=?w w f w t q b m V （4.8.6-2）]1000)1[(])1([2.1?-?-???=?n s x n n f n b M b t q b m V （4.8.6-3）

式中 V ——化粪池有效容积（m 3

）； w V ——化粪池污水部分容积（m 3

）； n V ——化粪池污泥部分容积（m 3）；

q w ——每人每日计算污水量（L/人·d ）见表1；

表1 化粪池每人每日计算污水量q w

注：q0为生活用水定额，见新版表3.1.10。

t——污水在池中停留时间（h），应根据污水量确定，宜采用12h～24h，一般污废水w

HFRP取9h～12h， HC或玻璃钢化粪池（称BHC）取12h～24h，但医院污废水

HFRP取9h， HC或BHC则取24h～36h；

q——每人每日计算污泥量（L/人·d），它与t s有关，t s(staying time)为人员逗留n

上限时间（h），即生活用水使用时数，见表2；

表2 化粪池每人每日计算污泥量q n(L/人·d)

注：查新版表 3.1.10医院门诊部、诊疗所使用时数为（8～12）h，即t s=12h，

0.3+[(0.7-0.3)(12-10)/(24-10)]=0.36，HFRP合流排入内插取q n=0.36，依此类推；

HC或BHC则就高不就低取0.70。

t n——污泥清掏周期应根据污水温度和当地气候条件确定，宜采用（3～12）个月，HFRP

都取（90～120）d，但医院HC宜取（180～360）d，医院采用HFRP则不受日本早

年针对旧式HC总结资料影响；

b x——新鲜污泥含水率可按95%计算；

b n——发酵浓缩后的污泥含水率可按90%计算，HFRP以生物处理为主污泥含水率大大低

于该值仍取90%留有余地；

M s——污泥发酵后体积缩减系数宜取0.8，HFRP留有余地；

1.2——清掏后遗留20%的容积系数，HFRP留有余地；

m ——化粪池服务总人数；

b f——化粪池实际使用人数占总人数的百分数，可按表3确定。

表3 新版化粪池使用人数百分数b f

注：食堂类建筑使用人数百分数由旧版10%调整至新版5%～10%，设计HC时，人员多者取小值，人员少者取大值，而设计HFRP时都可取小值。无住宿的医疗类建筑取b f=40%。

1.2计算公式简化

根据公式（4.8.6-1、-2、-3）和表1、2、3，设计HFRP时，可将容积计算公式予以简化，其简化式列于表4。

表4 HFRP容积计算简化式

注：名称栏提示门诊部t s=12h的q n按表2仅取0.36（L/人·d），而体育场（馆）t s=4h查表2只是0.1（L/人·d），依此类推。新版4.8.13对化粪池容积计算改用“宜”代替旧版“应”有所松动，利用HFRP的强大优势可取t w=9h。无住宿的医务人员、门诊部、诊疗所b f可取40%。宾馆HFRP可取t w=9h，此时V w可减少25%。宾馆客房服务人数可按每间房1.5人计算取整数。

2建立HFRP服务总人数表

目前建筑设计布置的水专业管井都很狭小，特别是医疗建筑外围总平面所能腾出的空地亦非常有限；若按旧版执行，姑且不谈冷水、热水、回水、污水、废水、雨水、蒸汽、凝结水、医用气体、室内外消防给水等水专业管道已经如此众多，再有暖通空调和电气等专业还要大量抢占地盘，若生活污水单独排入化粪池，让生活废水、医疗洗涤水另经筛网拦截杂物（设筛网井）后直接排入调节池和消毒池；建筑内外占地都很大。笔者涉及有十余家医院都是初步设计照搬旧版而到施工图阶段修改为污废水合流排入化粪池，取消筛网井和调节池，勉强满足布置要求。在新版相关化粪池容积计算放宽限制条件下，HFRP应运而生，为水专业解决了很大难题。表1～4为HFRP容积计算简化的依据，但若V n＞0.7V（V≤25m3）或V n＞0.8V（V≥30m3），则V n相应取0.7V或0.8V，即用V n/0.7或V n/0.8计算V，V=60m3、80m3或100m3按50m3的相关人数乘以1.2、1.6或2取整数。HFRP设计总人数见表5（总人数黑体字遵循上述原则）。

表5 HFRP服务总人数

3计算实例

以广西某医院为例，病房床位数m=500，q0=100～400取200（L/床·d），医务人员m=200，q0=150～250取150（L/床·d），门诊m=1000，q0=10～15（L/床·d），请按新版HFRP和旧版HC或BHC以比例法确定化粪池容积V。

解1：HFRP查表5。V=（500×50／532）+（200×4/165）+（1000×9/1013）

=47.0+4.8+8.9=60.7取60(m3)。

解2：HC或BHC查文献[11]113页，t取36h，q w=q0，T取360d。

V=（500×100/237）+（200×75/217）+（1000×100/585）=211+69+171=451( m3)。

该医院于2009年底完成施工图设计，当时按文献[11]需布置4座100 m3和1座50 m3HC，占地问题无法解决，参照其他已建相似规模的医院，都以最大容积100 m3设一座HFRP为限，投入使用正常运行多年均未发现有旧版阐述的使用质量不良问题。

4结论

①城镇设有污水厂原则上可不设化粪池。但考虑建筑小区至污水厂的污水管网管线都比较长，为了防止管道内淤积，粪便污水应经化粪池预处理后再排入城镇排水管网。上世纪80年代沿海开放城市早期推行免设（旧式）化粪池的政策，都因管网维修清通工作量增加过大并加重污水厂固体废渣负荷而很快停止实施[12]。污水厂内建筑小区至格栅井的污水管道较短，可不设HFRP。

②吴赳赳[13]介绍了污水厂污泥无害化、资源化、减量化的指导意见。建筑小区设置HFRP 可减轻下游污水厂的产污泥量负荷。目前南宁某公司成功研制HFRP专用“抽吸污泥→压滤脱水→烘干打包→泥饼肥料”流程的一条龙服务型清掏机。压滤后废水回流入HFRP，实现清掏场地干净卫生无臭的科学化管理。

③新旧版4.8.6条文说明指出：“污水在化粪池内停留时间，按沉降试验，污水在池内停留时间4h后沉淀效率已显著。但化粪池的进水量是十分不均匀的，生活污水单独排入化粪池的排水更不均匀，且受沉淀污泥腐化分解上浮的气体、污泥等干扰，沉淀效果差，…规定12～24h，…。”这是对旧式HC的阐述，不适用于污废水合流排入的新式HFRP。文献[14]6.6.18之1款规定，生物处理缺氧区（池）的水力停留时间宜为0.5～3h。亦证实了HFRP 的缺氧生物处理所需t w取9～12h是可行的。吴赳赳推荐HFRP的t w ≥8h 。

④鉴于HFRP的生物处理效果高于旧式HC。当前国家提倡推广使用塑料污水管，文献

[14]在4.2.3条文中介绍塑料管水力粗糙系数n=0.009～0.011；笔者建议HFRP入口侧小口径塑料管段n取0.011，而HFRP出口侧至下游大中小塑料管段n取0.009；比较符合城镇排水节能减材的要求。

⑤应注意从原料、结构、加工工艺、养护、质量方面严格执行整体式玻璃钢生物化粪池的技术规定，选择使用优质HFRP产品[14]。

⑥读者担心HFRP处理效果良好会影响下游污水厂因进水浓度较低难以维持高效运营的问题，已得到妥善解决；详见《倒置式A2/O工艺在南宁市江南污水处理厂的运用》[16]文献报道。中国是水资源十分匮乏的国家，当前南方城镇亦受水价上调影响而导致居民实际人均生活用水量减少，促使下游污水厂进水浓度已开始呈上升趋势。

⑦HFRP池体两端巧妙地设有玻璃钢制作的进出水导流弯头标准产品（顶部通气切口高度50mm），防止池面浮渣流入下游堵塞市政污水干管以及罐顶通气管管罩通气孔万一堵塞等引起运行质量不良问题的加剧。HFRP池体构造示意详见图1。

图1 HFRP池体构造示意

⑧王国宪在文献[17]中报道“重庆市的地下水道经多年建设，种类很多。有一部分是20世纪四十年代修建的，采用素混凝土管，主管为DN400；在五六十年代，还修建了一些浆砌块石、干砌块石和混凝土矩形断面排水沟，近年也修建了不少钢筋混凝土管的。由于重庆山城的特殊地貌，有些管渠的埋设坡度达到10%以上，甚至20%，这就与规范[14]的规定有很大出入”。对于这些非金属管的流速，笔者根据文献[6]换算，在山地I=80?（<100?）的条件

下，建立了本文表1。从表1可看出，内经D=900mm的流速v达到了13.02m/s。故笔者推荐在文献[14]4.2.5之1款规范用词由“应遵守”弱化为“宜符合”的新形势下，PE塑料排水管或RC管的最大设计流速v max由5m/s提高至15m/s（PVC-U管的v max减半取7.5m/s）是符合我国国情的。王国宪[17]又提出“对HDPE管及钢管进行试验对比，结果表明HDPE管的耐磨性为钢管的4倍”。笔者建议在采用新式塑料检查井（新塑井）代替旧塑料检查井（旧塑井）的条件下，井出口为PE管或柔性橡胶接口承插RC管（内壁施涂GZ-2屏障高分子涂料二底三面增光滑），最小内经D取236mm（PE管）和300mm（RC管）符合文献[14]4.2.11条文。顺便指出的是RC管内壁施涂GZ-2后，管材单价只提高5%而加大排水能力56%左右。

⑨南宁某公司研发了进口大出口小管内顶不平接的新塑井代替进口小出口大管内顶平接的旧塑井，以300（进大）×236（出小）和井筒Φ1 =400mm的新塑井（图1）为例：新塑井：进出口内底高差=300-236+50=114（mm），U槽底坡I1U=1000×114/400=285?，很陡。出口标高E1C=E1-0.114m。

旧塑井：进出口内底高差=300-236=64（mm），U槽底坡I2U=1000×64/400=160?，出口标高E2C=E2-0.064m。

E1-E2C=0.114+0.02×1.55+0.050+0.02×1.55+0.064=0.29（m）。理顺

检查井1（进口假设100.00）至检查井2（出口99.71）的标高。

综上说明新塑井进出口高差和U槽底坡都比旧塑井大。笔者将尽快把新塑井内容修编入文献[6]供同行参考。同时文献[6]12页I min=0.17?~0.54?<0.60?起误导作用的数值相应调整为0.60?。

以南宁市恒大苹果园小区二期道路排水工程为例，按本文成果改进设计，降低工程造价63.7万元（折合37%），竣工验收5年多来，上述非金属管道在高流速下能长期安全可靠地工作，业主表态该小区三期工程一定委托我公司承担设计。

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