農村廁所糞污治理模式實踐與思考

黃濤 田時雨 馬魯銘

關鍵詞：廁所革命;化糞池;糞污治理;資源化

“中國要美，農村必須美”。中國地域廣闊，農村人口眾多，在近幾年的國家基礎設施建設中，農村建設的重要性逐漸突顯出來，中共中央提出了鄉村振興戰略和農村生態文明建設[1]。廁所建設及廁所糞污的科學處理是農村人居環境治理的重中之重，同時也是農村建設的重大短板[2]。傳統中國農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，農村地區80%的傳染病是由廁所糞便污染和飲水不衛生引起的[4]，廁所糞污以及畜禽糞污的不科學處理給農村居民的身體健康帶來巨大的威脅。與此同時，廁所糞污對環境的污染也不容忽視。據統計，廁所污水中總氮、總磷的貢獻率占農村生活污水、污染物總負荷的84%[5]，大約有50%行政村的飲用水源被污染[6]。由此可見，農村廁所糞污治理對農村生態環境改善、農村居民身體健康以及縮小城鄉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，但是其經濟性仍然很低，未來需要研發市場化產品，實現糞尿肥料化利用[8]。因此，糞污資源化利用將是未來的趨勢，通過科學的方法處理廁所糞污不但能消除環境污染，還能帶來一定的經濟效益和影響深遠的社會效益。

1 “廁所革命”現狀及存在問題

1.1 “廁所革命”現狀

我國對農村廁所的改造以及廁所糞污的治理歷史久遠，從新中國成立初期倡導的農村“兩管五改”工作，再到現今的“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。我國衛生廁所普及率在1996年為20.9%，2016年衛生廁所普及率達到 80.40%[2]，2019年第十七屆中國國際農產品交易會人居環境治理展中提到，廣東、浙江、上海等地農村衛生廁所普及率可達98%以上，預計到2020年可達100%。

根據2016年《中國衛生和計劃生育統計年鑒》數據以及王永生等的研究可以發現，在我國衛生廁所中水沖式廁所占比（表1）最高，10個省（市）應用比例達到90%以上，15個省（市、區）應用比例在50%～90%之間，僅有內蒙古、吉林、黑龍江、甘肅、青海這5個地區水沖式廁所占比低于30%[2]。對于廣大的農村地區，由于面積廣不易鋪設管道、地勢等原因，在水沖式衛生廁所中，三格化糞池式衛生廁所所占比例最高[3]。東北地區由于氣候寒冷原因較少選擇水沖式衛生廁所，轉而選擇糞尿分集式衛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”以及農村生態建設雖然取得了比較大的成效，但是對于較貧困的西北地區，衛生戶廁普及率依然較低[10]。對于經濟較發達、衛生廁所普及率較高的區域還存在以下幾個問題。

1.2.1 廁所糞污治理問題 在當前政策高壓狀態下，地方政府將“廁所革命”重點放在“改”上，一味強調衛生廁所數量以及衛生廁所普及率，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村廁所糞污污染問題，反而浪費大量人力財力。以農村地區應用范圍最廣的三格化糞池為例，任麗華等通過對浙江省農村衛生廁所無害化效果調研發現，三格化糞池數量所占比例為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村三格化糞池污水處理效果進行調研（表2）發現，三格化糞池對總氮和總磷去除率較低，對化學需氧量（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《污水綜合排放標準》（二級）、GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（二級）、GB 5084—1992《農田灌溉水質標準》（旱作）這3種標準后發現，均未能達到標準值，并且具有較大差距[12]，因此可以認為，三格化糞池不是一種糞污處理設施，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 農村居民“廁所革命”意識薄弱 農村地區居民由于文化水平不高，且近年農村空巢老人比例越來越高[13]，對廁所衛生的重要性不夠重視，再加上長期以來的生活習慣不易改變[14]，在許多農村地區存在“一戶兩廁”現象，即政府部門協助修建了衛生廁所，但是原有旱廁未拆除或不愿意拆除，居民認為水沖式廁所浪費水電，對于某些收入不高地區，會增加居民支出，所以仍然選擇使用傳統旱廁[15]。這樣一來不僅沒有達到“廁所革命”的目的，還增加了政府人力財力的支出，并且極可能導致“二次廁所革命”，引起農村居民的反感。

1.2.3 缺乏高效管理保障機制 當前我國衛生廁所普及率只重視數量，對質量重視程度較低。對于不同地區適用衛生廁所的選擇，是否可以做到因地制宜;對于實地衛生廁所的設計，是否有進行專業設計;對于衛生廁所建設工程的質量標準，是否可以做到嚴格把控，這些問題都影響了衛生廁所的普及效果以及使用效率，但是目前多數衛生廁所的建設都不能解決這些問題，大部分建造人員都缺乏系統學習，管理松散。與此同時，對于農村衛生廁所后續的運行管理、農村居民的宣傳教育等方面都沒有健全的機制，如何能夠保障農村衛生廁所可以長期高效運行也是當下人們必須考慮的問題之一。

2 農村廁所糞污治理模式

針對當前人們大多只重視廁所內部使用環境的改善，忽視廁所糞污的治理，對農村生態環境以及人居環境“治標不治本”的問題，總結當下所研究的或已經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

傳統三格式化糞池對污染物降解率低，出水達不到排放標準，隨意排放后對農村土壤以及水體仍有較大危害，因此國內外許多學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境的負面作用。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，結果發現，95%的總懸浮固體（TSS）和90%的總化學需氧量被去除;另外，最終出水中污泥的溶解性化學需氧量幾乎為零;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化糞池的改良版（圖1），其區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）穩定產生的污泥，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的轉化也得到了增強，在隨后的第2階段中，溶解的化合物則被去除。

關華濱設計的厭氧折流板反應器（ABR）化糞池[17]、韋昆設計的新型填料化糞池對污染物的去除率較傳統化糞池都有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，去除后出水可達到灌溉用水標準[18]，裝置如圖2所示。傳統的三格式化糞池流態為水平流，內部容易形成短流和死區，該設計通過對反應器內部流態進行優化，來提高污染物去除效率，提升出水水質。主要原理為在第一格室設置多層孔板，以形成擾流使流場均勻分布，從而促進污染物的降解;在第二格室設置折流板，延長水力停留時間;在第三格室設置陶粒填料層起到過濾作用;在第四格室收集出水，用于農田灌溉。

通過對三格式化糞池的改造，雖然可以提升出水水質，但是仍未達到國家污水二級排放標準，因此僅適用于農業灌溉等低品質用水要求，如果要進一步提升水質，還需要外接人工濕地[19]等進一步處理設施;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，未能實現資源和能量的循環流動。對三格式化糞池的改造適用于水系發達且對灌溉用水等低品質用水有需求的農村地區，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。

2.2 農村水沖式廁所的糞污綜合治理模式

根據2016年《中國衛生和計劃生育統計年鑒》數據，我國水沖式廁所占比最大，許多學者針對水沖式廁所糞污如何實現無害化、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，提出了基于全生態鏈的農村糞污治理綜合模式[20]，如圖3所示。該模式基于生態系統物質循環與能量流動原理，將農村化糞池式廁所系統作為鄉村區域生態循環的子系統進行研究。在該研究系統中，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清掏次數要求;人體排泄物經過三格式化糞池初步腐熟后，產生的糞渣可以經過干燥脫水后摻合農作物秸稈共同堆肥形成固體肥料，并用于農業生產;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，防止對人體健康產生危害，也可以通過管道輸送經村級二級處理后作為灌溉水。經過上述過程形成一條循環的閉路生態鏈條，實現三格式化糞池式廁所產物的無害化、零排放和再循環。

上述糞污處理模式適用面較廣，不管是居住較集中的城鎮或者村莊，還是居住分散的散戶都可以有較好的治理效果，并且在此基礎上可以實現多元有機固廢協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、維護方面比較復雜，成本較高，受農村經濟條件的限制，許多高新技術不適宜在農村地區推廣。同時存在對于干旱少雨和冬季高寒區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。為了解決這些地區農村衛生廁所建造問題，研究人員設計出糞尿分集式衛生廁所[21]。這種廁所的核心技術是在前端如廁部分安裝一種經過專業設計的糞尿分集式便器;與傳統便器相比，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，并且尿液中的營養成分能被農作物直接吸收利用，雖然尿液中會含有微量的重金屬物質，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，實現氮磷資源的再利用。同時，也有研究通過一定的技術回收尿液中的氮磷資源，其中工藝較為成熟的是沉淀結晶技術[23]。沉淀結晶技術利用磷酸銨鎂（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質肥料，可直接用于農田生產中[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。干化覆蓋后的糞便可以集中進行發酵堆肥處理，以有機肥料的形式還田，從而實現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、耐嚴寒等優點，適用于干旱少雨地區如我國甘肅、寧夏北部、青海西北部、西藏北部等地區以及冬季嚴寒如吉林、黑龍江等地區。但同時存在著若處理不當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）。廁所出水經過簡單預處理后進入厭氧過濾池，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含量，同時通過反硝化作用將回流中的硝酸根、亞硝酸根轉化為N2，實現脫氮的效果。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。最后污水經消毒池達標排放，未完全分解的有機物經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、節能環保、適用范圍廣等優點。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、對農村居民操作要求高等。將來可通過技術改革，簡化其中操作流程，對于極偏遠地區農戶使用或者村鎮集體使用都具有較好前景。

3 思考

當前“廁所革命”應該有別于以往的“農村改廁”。需要行政、科研人員積極去探索思考，如何推動農村“廁所革命”高效、高質量、因地制宜進行，在今后的“廁所革命”工作中應當注意以下幾個問題：

第一，“廁所革命”是一場關于廁所的觀念、意識和行為的革命。農村地區居民由于文化水平有限，對廁所衛生的重要性認識還不夠高。可通過適當的宣傳手段，提高居民對“廁所革命”的認識，改變他們對傳統廁所的觀念，從而讓農村居民自發自愿的參與到“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來考慮。要避免只重視廁所內部之“改”，忽視廁所外部之“治”的行為。如果農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了農村廁所糞污的科學治理，才能真正改善農村人居環境。

第三，“廁所革命”是糞便管理模式和資源化利用的革命，探索規模化的糞便資源化利用模式已成為美麗鄉村和生態化農業發展的要求。糞便資源化道路是農村廁所糞污治理的必由之路，應積極探索適應不同地區的糞便資源化利用模式，加快糞尿資源化利用技術的攻關和綜合模式示范，因地制宜地開展農村“廁所革命”工作。

推動高寒適宜廁所技術、水沖廁所的資源化利用技術、節水或無水廁所技術、分戶式糞便處理技術等關鍵技術的研發、改進和應用，實施技術創新和集成，形成改廁-糞污處理-資源化的系統解決方案，在真正意義上通過“廁所革命”來改善農村生態環境和人居環境。

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