黃濤 田時雨 馬魯銘

關(guān)鍵詞：廁所革命;化糞池;糞污治理;資源化

“中國要美，農(nóng)村必須美”。中國地域廣闊，農(nóng)村人口眾多，在近幾年的國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，農(nóng)村建設(shè)的重要性逐漸突顯出來，中共中央提出了鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)[1]。廁所建設(shè)及廁所糞污的科學(xué)處理是農(nóng)村人居環(huán)境治理的重中之重，同時也是農(nóng)村建設(shè)的重大短板[2]。傳統(tǒng)中國農(nóng)村旱廁由于搭建簡易，缺乏糞尿收集處理與防滲措施，容易導(dǎo)致腸道傳染病、寄生蟲病和血吸蟲病等疾病的流行[2-3]。研究表明，農(nóng)村地區(qū)80%的傳染病是由廁所糞便污染和飲水不衛(wèi)生引起的[4]，廁所糞污以及畜禽糞污的不科學(xué)處理給農(nóng)村居民的身體健康帶來巨大的威脅。與此同時，廁所糞污對環(huán)境的污染也不容忽視。據(jù)統(tǒng)計，廁所污水中總氮、總磷的貢獻(xiàn)率占農(nóng)村生活污水、污染物總負(fù)荷的84%[5]，大約有50%行政村的飲用水源被污染[6]。由此可見，農(nóng)村廁所糞污治理對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境改善、農(nóng)村居民身體健康以及縮小城鄉(xiāng)差距都具有重要意義。

人體糞便中含有大量的有機物以及營養(yǎng)元素，如氮、磷、鉀等，1個人1 d代謝出1 g磷，其中80%在尿液中，因此尿液也被稱為液體黃金[7]。全世界每年生產(chǎn)1.6億t合成氮磷鉀化肥，但卻通過水沖廁所損耗0.5億t肥料，糞污的排放是對磷資源的巨大浪費。研究者指出，人類排泄物是資源，但是其經(jīng)濟性仍然很低，未來需要研發(fā)市場化產(chǎn)品，實現(xiàn)糞尿肥料化利用[8]。因此，糞污資源化利用將是未來的趨勢，通過科學(xué)的方法處理廁所糞污不但能消除環(huán)境污染，還能帶來一定的經(jīng)濟效益和影響深遠(yuǎn)的社會效益。

1 “廁所革命”現(xiàn)狀及存在問題

1.1 “廁所革命”現(xiàn)狀

我國對農(nóng)村廁所的改造以及廁所糞污的治理歷史久遠(yuǎn)，從新中國成立初期倡導(dǎo)的農(nóng)村“兩管五改”工作，再到現(xiàn)今的“廁所革命”，我國人民付出了巨大的努力，也取得了一定的成就。我國衛(wèi)生廁所普及率在1996年為20.9%，2016年衛(wèi)生廁所普及率達(dá)到 80.40%[2]，2019年第十七屆中國國際農(nóng)產(chǎn)品交易會人居環(huán)境治理展中提到，廣東、浙江、上海等地農(nóng)村衛(wèi)生廁所普及率可達(dá)98%以上，預(yù)計到2020年可達(dá)100%。

根據(jù)2016年《中國衛(wèi)生和計劃生育統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)以及王永生等的研究可以發(fā)現(xiàn)，在我國衛(wèi)生廁所中水沖式廁所占比（表1）最高，10個省（市）應(yīng)用比例達(dá)到90%以上，15個省（市、區(qū)）應(yīng)用比例在50%～90%之間，僅有內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、甘肅、青海這5個地區(qū)水沖式廁所占比低于30%[2]。對于廣大的農(nóng)村地區(qū)，由于面積廣不易鋪設(shè)管道、地勢等原因，在水沖式衛(wèi)生廁所中，三格化糞池式衛(wèi)生廁所所占比例最高[3]。東北地區(qū)由于氣候寒冷原因較少選擇水沖式衛(wèi)生廁所，轉(zhuǎn)而選擇糞尿分集式衛(wèi)生廁所以及其他類型廁所[9]。

1.2 “廁所革命”進程中存在的問題

近幾年的“廁所革命”以及農(nóng)村生態(tài)建設(shè)雖然取得了比較大的成效，但是對于較貧困的西北地區(qū)，衛(wèi)生戶廁普及率依然較低[10]。對于經(jīng)濟較發(fā)達(dá)、衛(wèi)生廁所普及率較高的區(qū)域還存在以下幾個問題。

1.2.1 廁所糞污治理問題 在當(dāng)前政策高壓狀態(tài)下，地方政府將“廁所革命”重點放在“改”上，一味強調(diào)衛(wèi)生廁所數(shù)量以及衛(wèi)生廁所普及率，忽視廁所糞污的“治”[1]。將“廁所革命”與早期的“改廁運動”混淆，這樣不僅沒有從根本上解決農(nóng)村廁所糞污污染問題，反而浪費大量人力財力。以農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用范圍最廣的三格化糞池為例，任麗華等通過對浙江省農(nóng)村衛(wèi)生廁所無害化效果調(diào)研發(fā)現(xiàn)，三格化糞池數(shù)量所占比例為94.19%，而在化糞池出口的排放方式中，僅約50%納入污水管道，其余則直接滲入土壤或排放入水體;同時僅有36.5%的農(nóng)戶使用化糞池第三格出水作為液肥[11]。然而王玉華等通過對農(nóng)村三格化糞池污水處理效果進行調(diào)研（表2）發(fā)現(xiàn)，三格化糞池對總氮和總磷去除率較低，對化學(xué)需氧量（COD）的去除率也僅為48%左右，即便這樣，化糞池出水中的COD濃度仍有 890 mg/L，通過對比GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（二級）、GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（二級）、GB 5084—1992《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（旱作）這3種標(biāo)準(zhǔn)后發(fā)現(xiàn)，均未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，并且具有較大差距[12]，因此可以認(rèn)為，三格化糞池不是一種糞污處理設(shè)施，僅可以作為一種臨時儲存裝置和無害化功能措施，廁所糞污還需要進行進一步處理。

1.2.2 農(nóng)村居民“廁所革命”意識薄弱 農(nóng)村地區(qū)居民由于文化水平不高，且近年農(nóng)村空巢老人比例越來越高[13]，對廁所衛(wèi)生的重要性不夠重視，再加上長期以來的生活習(xí)慣不易改變[14]，在許多農(nóng)村地區(qū)存在“一戶兩廁”現(xiàn)象，即政府部門協(xié)助修建了衛(wèi)生廁所，但是原有旱廁未拆除或不愿意拆除，居民認(rèn)為水沖式廁所浪費水電，對于某些收入不高地區(qū)，會增加居民支出，所以仍然選擇使用傳統(tǒng)旱廁[15]。這樣一來不僅沒有達(dá)到“廁所革命”的目的，還增加了政府人力財力的支出，并且極可能導(dǎo)致“二次廁所革命”，引起農(nóng)村居民的反感。

1.2.3 缺乏高效管理保障機制 當(dāng)前我國衛(wèi)生廁所普及率只重視數(shù)量，對質(zhì)量重視程度較低。對于不同地區(qū)適用衛(wèi)生廁所的選擇，是否可以做到因地制宜;對于實地衛(wèi)生廁所的設(shè)計，是否有進行專業(yè)設(shè)計;對于衛(wèi)生廁所建設(shè)工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是否可以做到嚴(yán)格把控，這些問題都影響了衛(wèi)生廁所的普及效果以及使用效率，但是目前多數(shù)衛(wèi)生廁所的建設(shè)都不能解決這些問題，大部分建造人員都缺乏系統(tǒng)學(xué)習(xí)，管理松散。與此同時，對于農(nóng)村衛(wèi)生廁所后續(xù)的運行管理、農(nóng)村居民的宣傳教育等方面都沒有健全的機制，如何能夠保障農(nóng)村衛(wèi)生廁所可以長期高效運行也是當(dāng)下人們必須考慮的問題之一。

2 農(nóng)村廁所糞污治理模式

針對當(dāng)前人們大多只重視廁所內(nèi)部使用環(huán)境的改善，忽視廁所糞污的治理，對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境以及人居環(huán)境“治標(biāo)不治本”的問題，總結(jié)當(dāng)下所研究的或已經(jīng)試行的廁所糞污治理模式，以期面對不同的自然條件以及發(fā)展水平，因地制宜地選擇不同的糞污治理模式。

2.1 三格式化糞池改造

傳統(tǒng)三格式化糞池對污染物降解率低，出水達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，隨意排放后對農(nóng)村土壤以及水體仍有較大危害，因此國內(nèi)外許多學(xué)者研究如何通過對三格式化糞池進行改造，以簡單的方式提升污染物降解水平，從而減小污染物對環(huán)境的負(fù)面作用。Luostarine等在低溫時使用升流式厭氧污泥層化糞池（UASB-septic tanks）處理廁所糞污以及廁所糞污與廚余垃圾的混合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，95%的總懸浮固體（TSS）和90%的總化學(xué)需氧量被去除;另外，最終出水中污泥的溶解性化學(xué)需氧量幾乎為零;但是總氮的去除率不高，在10 ℃時去除率為18%左右[16]。升流式厭氧污泥層式化糞池是常規(guī)化糞池的改良版（圖1），其區(qū)別在于它的升流操作模式，降低了厭氧污泥與廢水中有機物之間的接觸程度，從而增強了對懸浮固體的物理去除能力和對溶解有機物的生物去除能力。另外，升流式厭氧污泥層式化糞池還可以存儲和（部分）穩(wěn)定產(chǎn)生的污泥，由此獲得了較長的污泥保留時間，改善了活性污泥的保留情況，提高了低溫條件下的糞污處理效率。同時，多相系統(tǒng)可以通過進一步提高污泥的保留率來增強低溫處理能力，在第1階段中，固體的去除和非酸化有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化也得到了增強，在隨后的第2階段中，溶解的化合物則被去除。

關(guān)華濱設(shè)計的厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）化糞池[17]、韋昆設(shè)計的新型填料化糞池對污染物的去除率較傳統(tǒng)化糞池都有30%～40%的提升，該新型填料化糞池對動植物油以及表面活性劑（LAS）有71%～90%、35%～45%的去除效果，去除后出水可達(dá)到灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)[18]，裝置如圖2所示。傳統(tǒng)的三格式化糞池流態(tài)為水平流，內(nèi)部容易形成短流和死區(qū)，該設(shè)計通過對反應(yīng)器內(nèi)部流態(tài)進行優(yōu)化，來提高污染物去除效率，提升出水水質(zhì)。主要原理為在第一格室設(shè)置多層孔板，以形成擾流使流場均勻分布，從而促進污染物的降解;在第二格室設(shè)置折流板，延長水力停留時間;在第三格室設(shè)置陶粒填料層起到過濾作用;在第四格室收集出水，用于農(nóng)田灌溉。

通過對三格式化糞池的改造，雖然可以提升出水水質(zhì)，但是仍未達(dá)到國家污水二級排放標(biāo)準(zhǔn)，因此僅適用于農(nóng)業(yè)灌溉等低品質(zhì)用水要求，如果要進一步提升水質(zhì)，還需要外接人工濕地[19]等進一步處理設(shè)施;另外，廁所底泥未進行進一步處理，對廁所糞污資源化利用率低，未能實現(xiàn)資源和能量的循環(huán)流動。對三格式化糞池的改造適用于水系發(fā)達(dá)且對灌溉用水等低品質(zhì)用水有需求的農(nóng)村地區(qū)，由于在低溫條件下處理效率不高，因此不適用于北方寒冷地區(qū)。

2.2 農(nóng)村水沖式廁所的糞污綜合治理模式

根據(jù)2016年《中國衛(wèi)生和計劃生育統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，我國水沖式廁所占比最大，許多學(xué)者針對水沖式廁所糞污如何實現(xiàn)無害化、減量化、資源化作出探討。河南省商丘市大劉莊村化糞池式廁所改造項目，提出了基于全生態(tài)鏈的農(nóng)村糞污治理綜合模式[20]，如圖3所示。該模式基于生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與能量流動原理，將農(nóng)村化糞池式廁所系統(tǒng)作為鄉(xiāng)村區(qū)域生態(tài)循環(huán)的子系統(tǒng)進行研究。在該研究系統(tǒng)中，首先使用微水沖廁所，以降低對三格式化糞池的體積要求和后續(xù)清掏次數(shù)要求;人體排泄物經(jīng)過三格式化糞池初步腐熟后，產(chǎn)生的糞渣可以經(jīng)過干燥脫水后摻合農(nóng)作物秸稈共同堆肥形成固體肥料，并用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn);糞液可以直接施入土地中，但是要注意其中有害微生物濃度，防止對人體健康產(chǎn)生危害，也可以通過管道輸送經(jīng)村級二級處理后作為灌溉水。經(jīng)過上述過程形成一條循環(huán)的閉路生態(tài)鏈條，實現(xiàn)三格式化糞池式廁所產(chǎn)物的無害化、零排放和再循環(huán)。

上述糞污處理模式適用面較廣，不管是居住較集中的城鎮(zhèn)或者村莊，還是居住分散的散戶都可以有較好的治理效果，并且在此基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)多元有機固廢協(xié)同處理的綜合處理模式，但是這種模式同樣存在一些缺陷，在管理、維護方面比較復(fù)雜，成本較高，受農(nóng)村經(jīng)濟條件的限制，許多高新技術(shù)不適宜在農(nóng)村地區(qū)推廣。同時存在對于干旱少雨和冬季高寒區(qū)域水沖式廁所不適用等缺陷。

2.3 糞尿分集式廁所糞污資源化處理

我國幅員遼闊，在西北地區(qū)由于干旱少雨，沒有足夠的水資源來修建水沖式廁所，而在東北等高寒地帶，由于冬季氣溫極低，三格式化糞池會形成冰凍，因此也不適用于水沖式廁所。為了解決這些地區(qū)農(nóng)村衛(wèi)生廁所建造問題，研究人員設(shè)計出糞尿分集式衛(wèi)生廁所[21]。這種廁所的核心技術(shù)是在前端如廁部分安裝一種經(jīng)過專業(yè)設(shè)計的糞尿分集式便器;與傳統(tǒng)便器相比，糞尿分集式便器由2個排出口組成，分別收集尿液和固體糞便。將無害的尿液部分通過前面的尿液排出口導(dǎo)尿管流入廁所下方的尿桶單獨收集，糞便部分則通過糞尿分集式便器后方的排出口進入下方的糞池內(nèi)單獨收集處理。

源分離尿液本身所含病原微生物量極少，并且尿液中的營養(yǎng)成分能被農(nóng)作物直接吸收利用，雖然尿液中會含有微量的重金屬物質(zhì)，但這些重金屬含量有限，基本可以忽略不計[22]。因此可以將源分離尿液稀釋后直接灌溉土地，實現(xiàn)氮磷資源的再利用。同時，也有研究通過一定的技術(shù)回收尿液中的氮磷資源，其中工藝較為成熟的是沉淀結(jié)晶技術(shù)[23]。沉淀結(jié)晶技術(shù)利用磷酸銨鎂（Mg NH4PO4·6H2O，MAP）或磷酸鎂鉀（KMgPO4·6H2O，MPP）沉淀法使尿液中的氮磷鉀以晶體形式析出，然后回收。這種方法可以同時回收多種元素，且生成的尿糞石自身就是一種低釋放型優(yōu)質(zhì)肥料，可直接用于農(nóng)田生產(chǎn)中[24]。

通過覆蓋秸稈粉末可以促進糞便干化脫水，同時抑制其中微生物的生長，減少臭味散發(fā)。干化覆蓋后的糞便可以集中進行發(fā)酵堆肥處理，以有機肥料的形式還田，從而實現(xiàn)碳氮磷硫多種元素的資源化利用。趙偉提出的糞尿分集式廁所糞污資源化處理模式（圖4）[25]就是基于上述原理。

糞尿分集式廁所糞污資源化處理模式由于其不需水沖、耐嚴(yán)寒等優(yōu)點，適用于干旱少雨地區(qū)如我國甘肅、寧夏北部、青海西北部、西藏北部等地區(qū)以及冬季嚴(yán)寒如吉林、黑龍江等地區(qū)。但同時存在著若處理不當(dāng)會造成糞便無害化效果不好等缺陷[26]。

2.4 太陽能微動力一體化單戶處理模式

太陽能微動力組合式一體化處理模式[3]主要采用厭氧-好氧活性污泥法來處理廁所糞污（圖5）。廁所出水經(jīng)過簡單預(yù)處理后進入?yún)捬踹^濾池，通過厭氧過濾池中的微生物降解其中的有機物，減少懸浮物總量與固體物質(zhì)含量，同時通過反硝化作用將回流中的硝酸根、亞硝酸根轉(zhuǎn)化為N2，實現(xiàn)脫氮的效果。然后再進入到好氧曝氣池，通過太陽能電池供電曝氣，進一步去除其中的有機物，同時通過聚磷菌富集其中的磷，定期將一小部分污泥外運。最后污水經(jīng)消毒池達(dá)標(biāo)排放，未完全分解的有機物經(jīng)沉淀池后回流至厭氧過濾池。該模式也可同時將廚房污水與淋浴污水一同處理。

這種處理模式具有占地面積小、處理效率高、節(jié)能環(huán)保、適用范圍廣等優(yōu)點。但是這種模式尚處于實驗室階段，并未大概范圍推廣，主要是由于其中一些缺陷尚未克服，如成本較高、實際運行管理麻煩、對農(nóng)村居民操作要求高等。將來可通過技術(shù)改革，簡化其中操作流程，對于極偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)戶使用或者村鎮(zhèn)集體使用都具有較好前景。

3 思考

當(dāng)前“廁所革命”應(yīng)該有別于以往的“農(nóng)村改廁”。需要行政、科研人員積極去探索思考，如何推動農(nóng)村“廁所革命”高效、高質(zhì)量、因地制宜進行，在今后的“廁所革命”工作中應(yīng)當(dāng)注意以下幾個問題：

第一，“廁所革命”是一場關(guān)于廁所的觀念、意識和行為的革命。農(nóng)村地區(qū)居民由于文化水平有限，對廁所衛(wèi)生的重要性認(rèn)識還不夠高?？赏ㄟ^適當(dāng)?shù)男麄魇侄?，提高居民對“廁所革命”的認(rèn)識，改變他們對傳統(tǒng)廁所的觀念，從而讓農(nóng)村居民自發(fā)自愿的參與到“廁所革命”中。

第二，“廁所革命”是廁所建造和糞便處理技術(shù)的革命，不只是簡單的改廁，而是將改廁與糞污處理作為系統(tǒng)來考慮。要避免只重視廁所內(nèi)部之“改”，忽視廁所外部之“治”的行為。如果農(nóng)村廁所糞污沒有得到有效治理，那么就不可以說“廁所革命”是成功的，只有在真正意義上實現(xiàn)了農(nóng)村廁所糞污的科學(xué)治理，才能真正改善農(nóng)村人居環(huán)境。

第三，“廁所革命”是糞便管理模式和資源化利用的革命，探索規(guī)?；募S便資源化利用模式已成為美麗鄉(xiāng)村和生態(tài)化農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求。糞便資源化道路是農(nóng)村廁所糞污治理的必由之路，應(yīng)積極探索適應(yīng)不同地區(qū)的糞便資源化利用模式，加快糞尿資源化利用技術(shù)的攻關(guān)和綜合模式示范，因地制宜地開展農(nóng)村“廁所革命”工作。

推動高寒適宜廁所技術(shù)、水沖廁所的資源化利用技術(shù)、節(jié)水或無水廁所技術(shù)、分戶式糞便處理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、改進和應(yīng)用，實施技術(shù)創(chuàng)新和集成，形成改廁-糞污處理-資源化的系統(tǒng)解決方案，在真正意義上通過“廁所革命”來改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境。

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