Application status and model types of three-compartment septic tanks in rural toilet reform in China
ZHENG Xiangqun,GAO Yi,XU Yan,ZHANG Chunxue,WANG Qiang,WEI Xiaocheng,YANG Bo,CHEN Peizhen,LI Houyu,LI Qian （Agro-Environmental Protection Institute,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Tianjin 300191,China ）
Abstract ：A rural household latrine with a three-compartment septic tank is one of the recommended models for improving toilets in rural areas in China.A three-compartment septic tank is the core component of a rural household latrine,and it is also the most widely used fecal treatment equipment in the process of toilet revolution in China.Based on the application of three-compartment septic tank in rural toilet transformation in China,this paper analyzes the common problems existing in the practical application of three-compartment septic tank,and defines the applicable scope,advantages and disadvantages of the current types of fecal sewage resource utilization and standard
treatment technology;the last of these includes prospects for rural three-compartment septic tank technology.This paper provides technical guidance and a future development direction for constructi
ng a three-compartment septic tank mode and a theoretical reference for further optimizing the technology that utilizes fecal pollution and standardizing improvements to toilets.
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Keywords ：three-compartment septic tank;rural toilet reform;black and grey water;manure resource utilization
郑向，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，天津300191）
收稿日期：2021-11-15录用日期：2022-01-07作者简介：郑向（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。E-mail ：基金项目：创新工程所级重点项目（2020-cxgczdrw-zxq ）Project supported ：Innovation Engineering Key Program of Public Welfare Institute （2020-cxgczdrw-zxq ）
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。关键词：三格化粪池；农村改厕；黑灰水；粪污资源化中图分类号：R127；TU824
文献标志码：A
文章编号：2095-6819（2022）02-0209-11
doi :10.13254/j.jare.2021.0790
郑向，高艺，徐艳，等.三格化粪池在我国农村改厕中的应用现状及模式类型[J].农业资源与环境学报,2022,39（2）:209-219.ZHENG X Q,GAO Y,XU Y,et al.Application status and model types of three-compartment septic tanks in rural toilet reform in China[J].Journal of Agricultural Resources and Environment ,2022,39（2）:209-219.
开放科学OSID
在经济高速发展和农村城镇化建设不断推进过程中，农村庞大的人口基数和地理位置使其在基础设施、科学技术及发展意识等方面长期处于劣势，尤其是农村厕所，一直是我国农村基础设施建设中最为缺乏和最难解决的问题，农村厕所环境更没有引起足够的重视。受思想观念、生活习惯、经济和自然条件等多种因素的影响，我国大部分农村地区居民使用的厕所比较简陋，甚至在某些地区还存在露天厕所。简陋
厕所除了降低如厕舒适度、影响村容村貌外，更重要的是会导致环境污染、引发疾病传播、危及人体健康。据报道，农村80%的传染疾病，如儿童腹泻、血吸虫病等，是由厕所粪污和不安全饮水引起的[1]。因此，建立厕屋清洁化、粪污无害化的卫生厕所对于改善农村环境卫生、提高农村居民生活品质、提升幸福指数具有重要意义。
国家高度重视农村改厕工作，2018年中央一号
农业资源与环境学报·第39卷·第2期·农村人居环境整治专刊
文件《关于实施乡村振兴战略的意见》提到，应坚持不懈推进农村厕所革命，大力开展农村用户卫生厕所建设和改造，同步实施粪污处理。同时期，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《农村人居环
境整治三年行动方案》，提出要合理选择改厕模式，鼓励厕所粪污的资源化利用。2021年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《农村人居环境整治提升五年行动方案（2021—2025）》，要求逐步普及农村卫生厕所，突出强调加强厕所粪污无害化处理与资源化利用，逐步推动厕所粪污就地就农消纳、综合利用。据《中国卫生和计划生育统计年鉴》数据测算，截至2017年底，农村累计使用卫生厕所户数达到21700.6万，卫生厕所普及率为81.7%，其中三格化粪池的数量超过8000万，占全国农村卫生厕所户数的37.6%[2]。但由于统计口径不同等原因，农业农村部调度所得数据与之存在较大差距，该数据显示，2018—2020年全国累计改造农村户厕4000多万户，截至2020年底，全国农村卫生厕所普及率达68%[3]。本文仅以《中国卫生和计划生育统计年鉴》的数据为基础，选择三格化粪池作为研究主体，开展化粪池建设情况及应用模式的综述及问题解析。
三格化粪池结构简单、造价低廉且无动力消耗，是构建资源型卫生厕所系统中关键和适宜的技术之一。目前对三格化粪池的研究多集中在如何改善化粪池性能，缺乏对三格化粪池在农村改厕中的具体模式归纳。因此，本研究从三格化粪池的应用现状、模式类型两方面入手，对其在我国农村厕所革命推进中的适配性进行探讨，以期为地方改厕模式的选择提供指导性建议，为建立健全农村改厕技术标准体系提供依据。
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，以期为我国厕所革命深入开展提供技术指导，指明发展方向。
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》（GB50015—2003）中提出的3∶1∶1型结构；二是《镇（乡）村排水工程技术规范》（CJJ124—2008）中提出的2∶1∶1型结构；三是《农村户厕卫生规范》（GB19379—2012）中提出的2∶1∶3型结构。不同规格化粪池用途、适用范围都存在一定差异，这给地方政府推进改厕工作带来了困扰。其中《建筑给水排水设计规范》主要适用于居住小区、公共建筑区、民用建筑、工业建筑和厂房屋面雨水给水排水设计，3∶1∶1型的化粪池大多作为去除生活污水中悬浮性有机物的处理设施，属于初级过渡性生活污水处理构筑物，其空间主要用于沉降污水中的悬浮物，粪污停留时间12~24h，液化固态粪便，进而满足排入城市下水管网的进水要求；《镇（乡）村排水工程技术规范》适用于县城以外且规划设施服务人口在50000以下的镇（乡）和村的新建、扩建和改建的排水工程，2∶1∶1型的三格化粪池作为生活污
水预处理后进入收集系统的设施，其功能与《建筑给水排水设计规范》一致，粪污停留时间为24~36h；而《农村户厕卫生规范》主要适用于农村户厕的规范、设计、建筑、管理和卫生监督、监测，目的是利用3个格池的沉降使粪污充分发酵，消除病原体，从而实现粪污无害化，确保粪污资源化利用的安全性。其设计要求粪污在第一格停留时间不少于20d，在第二格的停留时间不少于10d，第三格原则上要求不低于第一、二格有效时间之和。从停留时间来看，三类化粪池功能存在差异。
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杀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。
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2022年3月
郑向，等：三格化粪池在我国农村改厕中的应用现状及模式类型
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。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）。结果显示，2004—2017年，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。尤其是在2015—2017年间东部地区三格化粪池建设数量平均占全国总数的23.48%，而西部和中部平均占比分别为6.19%和6.24%，呈现出明显的“东高西低”布局。然而，2015—2017年东部地区三格化粪池建设年增长率为4.71%，低于西部的12.06%和中部的8.34%，这可能是由于
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2009年实施国家重大公共卫生农村改厕项目后，国家加大了对中西部地区改厕资金投入，从而推动了中
西部地区农村改厕整体进程[4]。
三格化粪池不仅在东、中、西部地区分布差异较标准和规范Standards and specifications
《农村户厕卫生规范》《玻璃钢化粪池技术要求》
《塑料化粪池》
《关于印发农村户厕建设技术要求（试行）的通知》
《农村三格式户厕建设技术规范》《农村三格式户厕运行维护规范》
《一体式三格化粪池（聚乙烯、共聚聚丙烯、玻璃纤维增强复合材料）》
《农村户厕改造技术标准》《农村无害化厕所建造技术指南》
《农村厕所建设和服务规范第2部分：农村三格式卫生户厕所技术规范》
《宁夏农村厕所建设技术性指导意见》《农村无害化卫生户厕技术规范》
《农村户厕改造技术规范》
乌氏粘度计原理《一体式化粪池》
《农村地区公厕、户厕建设基本要求》
《江西省农村三格化粪池式无害化卫生户厕建设技术规范》
《厕所革命农村户厕建设与管理规范》《全省农村户用卫生厕所建设与管理暂行办法》
《甘肃省农村改厕技术指导手册》《云南省农村厕所改造建设技术指南》（试行）《农村户用卫生厕所建设及粪污处理技术规程》
《安徽省农村改厕技术导则》（试行）《辽宁省农村户厕建设技术要求》（试行）《黑龙江省农村室内户厕改造技术导则》（试行）
标准编号Standard number
GB 19379—2012CJ/T 409—2012CJ/T 489—2016
国卫办规划函〔2019〕667号
GB/T 38836—2020GB/T 38837—2020
DB37/T 2792—2016DB22/T 5001—2017DB42/T 1495—2019DB33/T 3004.2—2015宁农居办发〔2019〕3号DB32/950—2006DB63/T 1755—2020DB41/T 1605—2018DB11/T 597—2018DB5118/T 4—2018
晋农社发〔2020〕9号
DB50/T 1137—2021单位Unit
国家卫生健康委员会、爱国卫生运动委员会溴化锂回收
住房和城乡建设部住房和城乡建设部国家卫生健康委、农业农村部
农业农村部农业农村部
山东省住房和城乡建设厅吉林省住房和城乡建设厅湖北省发展和改革委员会浙江省卫生和计划生育委员会宁夏回族自治区农业农村厅
江苏省卫生厅爱卫办青海省农业农村厅河南省住房和城乡建设厅北京城市管理委员会江西省卫生健康委员会四川省雅安市质量技术监督局
山西省农业农村厅甘肃省卫生健康委员会云南省住房和城乡建设厅
重庆市农业农村委安徽省住房和城乡建设厅辽宁省卫生健康委员会黑龙江省住房和城乡建设厅
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
Table 1Standards and specifications for sanitary toilets with three-compartments septic tanks issued by the state and local governments
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农业资源与环境学报·第39卷·第2期·农村人居环境整治专刊
图12004—2017年全国累计卫生厕所及三格化粪池卫生厕所户数
Figure 1Total number of sanitary toilets and three-compartment septic tank toilets in China from 2004to 2017
图a 为2004—2017年全国累计农村卫生厕所户数及三格化粪池卫生厕所占比；图b 、c 、d 分别为东
部、中部、西部地区
各省份近年来三格化粪池卫生厕所户数
Figure a shows the cumulative number of sanitary toilets and the proportion of three-compartment septic tank toilets in China from 2004to 2017；Figure b,c and d show the number of sanitary toilets with three-compartments in the eastern,central and western provinces in recent
平移天窗years
全国累计卫生厕所户数
塑料拖把头C u m u l a t i v e n u m b e r o f s a n i t a r y t o i l e t s i n C h i n a /104
年份Year
252015105三格化粪池厕所占比P r o p o r t i o n o f t h r e e -c o m p a r t m e n t s e p t i c t a n k t o i l e t s /%
三格化粪池卫生厕所户数
N u m b e r o f s a n i t a r y t o i l e t s w i t h t h r e e -c o m p a r t m e n t s e p t i c t a n k /104
省份Province
16001400120010008006004002000
20042005
2006
2007
2008
2010
2011
2012
2013
2015
2016
2017
三格化粪池卫生厕所户数
N u m b e r o f s a n i t a r y t o i l e t s w i t h t h r e e -c o m p a r t m e n t s e p t i c t a n k /104
省份Province
5004003002001000
三格化粪池卫生厕所户数
N u m b e r o f s a n i t a r y t o i l e t s w i t h t h r e e -c o m p a r t m e n t s e p t i c t a n k /104
四川贵州云南陕西
甘肃宁夏
新疆内蒙古广西重庆省份Province
10008006004002000
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2022年3月
郑向，等：三格化粪池在我国农村改厕中的应用现状及模式类型
大，而且在各地区内不同省份间也存在显著差异（P <0.01）。东部地区，广东省、江苏省及浙江省三格化粪池累计建设量位居前三，截至2017年，广东省累计建成达1354.4万座；中部地区，江西省三格化粪池建设
数量最高，累计达457.6万座；西部地区，除广西壮族自治区外，其余省份三格化粪池建设数量普遍较
低。
李晓龙[5]通过对2003—2012年间我国改厕公平性的影响因素分析发现，影响各地区改厕状况的外界因素主要为当地经济状况、风俗民情、教育水平及气候条件等，其中经济状况为主导因素。张梦杰等[4]比较了2006—2015年我国农村卫生厕所基尼系数和泰尔指数，结果显示我国农村卫生厕所分布差异逐年缩小，但无害化卫生厕所仍存在显著的区域分布差异。王永生等[6]则指出由于西部地区经济水平低，农村改厕的财政支持力度小，且西部主要为多民族分散居住区，地理气候复杂，改厕难度较大，导致总体改厕进度滞后。图1中，三格化粪池户数低于50万户的省份主要集中在我国的东北部和西北部地区，这些地区冬季平均气温均在零下30℃左右，且持续时间较长，我国水资源分布南多北少、降水自东向西逐渐递减，尤其是西北地区水资源紧缺，因此，冬季结冰和供水难等问题导致三格化粪池难以在我国西北、东北地区推广。
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。1.3.1有效容积不足
《农村户厕卫生规范》规定三格化粪池的有效容
积≥1.5m 3，但部分厂家为了节约生产成本将三格化粪池的总容积按1.5m 3生产，其实际有效容积仅1.2m 3左右，从而无法保证粪污发酵停留时间，导致化粪池出水未达到《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）标准。另外，化粪池的有效容积与农村实际冲水能力相冲突。根据《节水型卫生洁具》（GB/T 31436—
2015）标准要求，节水型坐便器、蹲便器用水量一般为4~6L ，按最低4L 的冲水量和每人每日5次如厕进行计算，一个3口之家每日可产生60L 厕所污水，如要
保证粪污在化粪池中60d （三个格池）的停留时间，则需化粪池的容积至少为3.6m 3，超出目前常用的1.5m 3和2.5m 3的化粪池容积。若使用有效容积为1.5m 3的化粪池，则粪污停留时间在25d 左右，达不到粪便无害化的厌氧消化时间要求，直接还田可能引发人体
健康风险。而选择粪污清掏转运方式的农户，由于化粪池容积过小，缩短了清掏周期，增加了清掏频率，加重了农户的经济和生活负担，从而降低了厕所的实用性，影响农户改厕积极性。1.3.2化粪池质量不达标
化粪池质量是保证改厕工作顺利实施的核心，而原材料、生产工艺、技术人员操作等都可能影响化粪
池质量[7]。从早期的砖砌化粪池、现浇钢筋混凝土化粪池，到预制钢筋混凝土化粪池、整体式玻璃钢化粪池和塑料化粪池，化粪池的生产工艺和材质在不断改进，一定程度上减少了易腐蚀、易渗漏的问题，但化粪池格池串水的现象仍然普遍存在[8]。此外，基于化粪池企业的注册资金统计数据分析发现，我国农村改厕企业主要为中小型规模。农村改厕企业多数为兼营化粪池产品，且销售模式多以政府、工程订购为主，委托代理为辅，极少数产品以直销模式进行销售[9]。因此，部分企业为压低价格，生产的化粪池减料减配，如在塑料化粪池生产过程中添加过多辅料，减少原材料用量，使生产的化粪池壁变薄，达不到国家标准要求。据2019年12月初的《焦点访谈》报道，甘肃凉州区某企业化粪池中标价格为每套1400元，但真实成交价格一套不足600元，导致大量新改厕所化粪池出现质量问题[10]。因此，应加强化粪池等产品的质量保障力度，例如建立质量评估体系，加大产品质量抽检等，避免不合格化粪池进入改厕现场。1.3.3施工质量难以保证
三格化粪池施工过程是改厕的关键环节。部分
化粪池质量本身并无问题，但由于施工不规范，导致化粪池变形、破损，无法正常使用。如开封市在厕所改造检查中发现，个别村已填埋的预制三格化粪池已经出现开裂、变形等问题，部分三格化粪池由于坑底未铺设垫层导致化粪池出现沉降、渗漏等问题[11]。影响施工质量的原因主要有两方面：一是缺乏全流程监督，厕所改造涉及大量农户，过程监督成本较高，一些地方的过程监督及验收只有数量指标没有质量指标，加之对改厕过程中出现的偷工减料、操作不规范等现象把控不严，导致施工质
量达不到标准要求；二是施工队伍缺乏专业性，绝大部分施工队伍凭借经验进行
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