北方寒地農(nóng)村廁改與人居環(huán)境低碳體系構(gòu)建★

賈文玲，郎靖怡，管云琪，孫曉銘*

(東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

農(nóng)村旱廁改造是改善人居環(huán)境及促進(jìn)鄉(xiāng)村生態(tài)文明建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。21 世紀(jì)以來，政府已就“農(nóng)村廁所改造”問題做出眾多批示，可見其重要性和迫切性。

習(xí)近平總書記也多次在全國會議中強調(diào)廁所問題在城鄉(xiāng)文明建設(shè)中的重要性。“十四五”規(guī)劃中提出了關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興，推動農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的意見;其中指出要根據(jù)各地區(qū)實際條件，因地制宜推進(jìn)農(nóng)村改廁，并加快探索干旱、寒冷地區(qū)的旱廁改造模式。意見中同時指出應(yīng)促進(jìn)資源循環(huán)利用，低碳減碳發(fā)展，將碳中和理念根植于生活生產(chǎn)之中。現(xiàn)階段已經(jīng)形成以三格化糞池式廁所為例的許多旱廁改造模式，并廣泛應(yīng)用于全國各地; 但是針對以東北三省為典型省份的北方寒地城市而言，存在改廁選型不適宜寒冷氣候、改造后使用率較低、糞污無害化處理不佳等問題，阻礙這些地區(qū)農(nóng)村改廁進(jìn)程。

本研究通過調(diào)研北方寒地農(nóng)村旱廁改造現(xiàn)狀，總結(jié)歸納存在的問題，在現(xiàn)有糞尿分集式廁所基礎(chǔ)上，因地制宜地設(shè)計出適宜寒地氣候的家用改進(jìn)式糞尿分集廁所及生態(tài)庭院模式，并結(jié)合低碳循環(huán)發(fā)展體系，分析改造后各項效益，推進(jìn)北方寒地旱廁改造與農(nóng)村環(huán)境改善。

1 北方寒地農(nóng)村旱廁改造現(xiàn)狀

1．1 我國北方寒地區(qū)域范圍

北方寒地屬氣候區(qū)劃的嚴(yán)寒地區(qū)，冬季氣溫極低、冰凍期長。在我國尚無正式劃分標(biāo)準(zhǔn)，按照其1 月份平均氣溫在-18 ℃以下的特點，該區(qū)域主要包括黑龍江省、吉林省、遼寧省及內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部;如若按照國外劃分標(biāo)準(zhǔn)，我國北方寒地地區(qū)將囊括更多城市。

1．2 農(nóng)村廁所改造類型

現(xiàn)階段農(nóng)村旱廁改造類型主要有: 三格化糞池式廁所、雙翁漏斗式廁所、糞尿分集式廁所、三聯(lián)沼氣池式廁所、完整下水道水沖式廁所、雙坑交替式廁所六種。按照廁所用水量，可將其分為水沖型廁所和免水沖型生態(tài)廁所兩大類[1]。

1．2．1水沖型廁所

除糞尿分集式廁所，其余五種旱廁改造類型均為水沖型廁所。“三格化糞池式廁所”通過糞污在化糞池密閉條件下的無氧發(fā)酵達(dá)到無害化目的，應(yīng)用較廣泛，造價低廉，但糞污處理效果不佳，適宜與沼氣池，養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合;適用于城市管網(wǎng)無法覆蓋的地區(qū)，改廁成本為每戶5 000 元左右，嚴(yán)寒地區(qū)花費甚至達(dá)到1 萬元。“雙翁漏斗式廁所”裝置小巧，防污防蟲效果好，但施工技術(shù)要求高，清掏困難。“三聯(lián)沼氣池式廁所”可與農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)相結(jié)合形成循環(huán)體系;但是沼氣池建設(shè)質(zhì)量要求較高，產(chǎn)沼氣量也受很多因素的影響; 現(xiàn)階段東北地區(qū)已形成三聯(lián)沼氣池式廁所與太陽能采暖房、牲畜舍、果樹種植等相結(jié)合的五位一體有機生態(tài)模式。“雙坑交替式廁所”需設(shè)置兩個交替使用的儲糞池，撒土覆蓋糞污以實現(xiàn)糞污脫水干燥，無氧發(fā)酵;通常單個儲糞池糞污堆滿并發(fā)酵半年后可產(chǎn)生有機肥料，但是存在發(fā)酵不完全，傾灑覆土復(fù)雜，不適宜寒冷地區(qū)的問題，現(xiàn)在主要推廣于內(nèi)蒙古地區(qū)。“完整下水道水沖式廁所”采用管網(wǎng)收集糞污，處理廠統(tǒng)一處理模式。

1．2．2免水沖型生態(tài)廁所

“糞尿分集式廁所”為免水沖型生態(tài)廁所。傳統(tǒng)家用水沖型廁所一次如廁后約需要6 L 水，而生態(tài)廁所一次如廁后只需0．2 L ～1 L 水，從源頭上節(jié)約了水源，糞污資源通過無害化處理后可循環(huán)利用; 該模式有極佳的耐寒性能，但使用維護(hù)復(fù)雜、需手動添加生物反應(yīng)基質(zhì)、臭味較大;適宜缺水、寒冷及邊遠(yuǎn)地區(qū)推廣。

1．3 北方寒地農(nóng)村旱廁改造問題剖析

1) 冬季冰凍期長，糞污沖刷難度大。北方寒地氣候嚴(yán)寒;特別是黑龍江省的漠河、伊春等地區(qū)一年中各月平均氣溫在0 ℃以下的月份長達(dá)8 個月之久，氣溫最低甚至可能達(dá)到-40 ℃左右。漫長的結(jié)冰期中，傳統(tǒng)水沖廁所沖水設(shè)備中的水體易結(jié)冰，水管易脹裂，致使廁所無法使用。因此，免水沖、防寒防凍是北方寒地旱廁改造的重心。

2) 糞污露天排放，二次污染有害。傳統(tǒng)旱廁中糞便等排泄物多堆積在露天糞池中，通過生化作用極易改變原有性質(zhì)而產(chǎn)生二次污染，使得旱廁環(huán)境臭氣熏天，蒼蠅蟲卵隨處可見，對農(nóng)村人居環(huán)境造成破壞。且因二次污染是在一次污染的基礎(chǔ)上變質(zhì)而產(chǎn)生的，形成機制較為復(fù)雜，防治起來也相對困難，是糞便無害化處理的棘手問題。

3) 村民環(huán)保意識薄弱，中堅勞動力缺失。目前，北方寒地農(nóng)村老齡化相對嚴(yán)重，遼寧省65 周歲及以上人口規(guī)模為東北地區(qū)最大。村民多為留守老人與兒童，文化水平不高，對傳統(tǒng)露天旱廁的危害性認(rèn)識不足，環(huán)保意識相對薄弱，對于改廁工作大多呈猶豫甚至拒絕態(tài)度。且因青壯年勞動力呈外流趨勢，家庭結(jié)構(gòu)空心化嚴(yán)重，缺少旱廁改造中需要的人力、物力，改廁工作面臨較大阻力。

4) 資金支持較少、監(jiān)管力度不足。傳統(tǒng)的農(nóng)村露天旱廁建造花費少，對材料和技術(shù)要求都不高。進(jìn)行農(nóng)村改廁，不僅需要進(jìn)行原旱廁的拆除工作，新型旱廁在改造過程中所產(chǎn)生的成本、建造、運行、維護(hù)等均需要額外費用，這對本身處于經(jīng)濟弱勢的村民而言著實是一筆不少的負(fù)擔(dān)。此外，從既有的典型改廁案例可以看出，統(tǒng)一下發(fā)的物料未落實到位、設(shè)備維護(hù)欠佳、監(jiān)管失職等因素也阻礙了農(nóng)村改廁的進(jìn)程[2]。

2 北方寒地農(nóng)村旱廁改造設(shè)計

2．1 家用改進(jìn)式糞尿分集旱廁設(shè)計

家用改進(jìn)式糞尿分集旱廁是為滿足北方寒地農(nóng)村旱廁改造需求，在傳統(tǒng)糞尿分集旱廁上進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)而研發(fā)的新產(chǎn)品。改進(jìn)后的糞尿分集旱廁不僅能滿足衛(wèi)生、簡潔、生態(tài)化的標(biāo)準(zhǔn)，而且具有耐寒防凍、糞尿分集率高、簡易投料、資源化利用等優(yōu)點，集合了現(xiàn)代工程技術(shù)、微生物技術(shù)、生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)，因地制宜。家用改進(jìn)式糞尿分集廁所結(jié)構(gòu)如圖1 所示，采用源頭式糞尿一次分集和入箱前二次分集的原理，將糞便和尿液在源頭處直接進(jìn)行分離，并在糞便進(jìn)入儲糞池前再進(jìn)行二次分離。根據(jù)糞尿不同的生物特性，由對應(yīng)的儲糞池和蓄尿箱對糞尿進(jìn)行收集和無害化處理。含有較多腸道致病因子的糞便需添加秸稈粉末進(jìn)行覆蓋和干燥，并在嗜冷耐寒菌種的分解下進(jìn)行無害化處理后還田，而幾乎不含病原體的尿液只需簡單過濾后即可還田使用[3-4]。

圖1 家用改進(jìn)式糞尿分集廁所剖面圖

2．2 基于家用改進(jìn)式糞尿分集廁所的生態(tài)庭院模式

2．2．1生態(tài)庭院布置形式

前院式院落布局在現(xiàn)階段北方寒地農(nóng)村中是最為常見的一種形式。如圖2 所示，主房往往退后布置，其南向留出開闊的前院用于種植家常果蔬并能夠在寒冷的冬季為主房爭取更充足的南向太陽輻射。基于家用改進(jìn)式糞尿分集廁所的生態(tài)庭院中，廁所與連通沼氣池的家禽養(yǎng)殖棚結(jié)合布置在庭院南側(cè)，其上設(shè)計有深色噴漆斜曬板，便于接收南向采光進(jìn)行糞便的干燥處理和沼氣生產(chǎn)。在主房通向廁所的流線上設(shè)計雙層玻璃外廊，保證村民冬季如廁的安全性和舒適性。

圖2 基于家用改進(jìn)式糞尿分集旱廁的生態(tài)庭院布置平面圖

2．2．2生態(tài)庭院綜合循環(huán)體系

如圖3 所示，在生態(tài)庭院綜合循環(huán)體系中，家用改進(jìn)式糞尿分集廁所是物質(zhì)循環(huán)的中心，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家禽糞污沼氣化利用形成“人-旱廁-尿液-菜園”庭院內(nèi)部循環(huán)體系、“人-旱廁-糞便-堆肥房-農(nóng)田”庭院外部循環(huán)體系，以糞污的綜合利用為主體，實現(xiàn)廢物資源化、減量化。

1) “人-旱廁-尿液-菜園”庭院內(nèi)部循環(huán)體系:家用改進(jìn)式糞尿分集旱廁分離后的尿液在經(jīng)過過濾凈化和低溫密封貯藏后，保氨率可以達(dá)到95%，適宜用于庭院果蔬的種植，滿足農(nóng)戶日常生活所需。該循環(huán)能夠在庭院內(nèi)部實現(xiàn)廢棄資源再利用，簡單高效。

2) “人-旱廁-糞便-堆肥房-農(nóng)田”庭院外部循環(huán)體系:家用改進(jìn)式糞尿分集旱廁分離后的糞便在儲糞池脫水干燥后可直接還田，還可以統(tǒng)一運往堆肥設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的堆肥以獲得優(yōu)質(zhì)有機肥料，施用于農(nóng)田后可增加土壤的肥力，提高糧食作物和經(jīng)濟作物的產(chǎn)量。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的秸稈，可研磨成粉末用于糞便的脫水干燥，也可作為建筑材料、養(yǎng)殖飼料、沼氣發(fā)酵原料、工藝品等，幫助當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶促產(chǎn)促銷，實現(xiàn)可持續(xù)盈利。

圖3 基于家用改進(jìn)式糞尿分集旱廁的生態(tài)庭院綜合循環(huán)體系

3 北方寒地農(nóng)村旱廁改造后的效益分析

3．1 環(huán)境效益

農(nóng)村環(huán)境的改善是全面建設(shè)生態(tài)文明的保障。北方寒地農(nóng)村旱廁改造后的糞便經(jīng)脫水干燥的處理后無臭無害，減少了二次污染，不僅保證了村民健康，還大大改善了村民的如廁環(huán)境，進(jìn)而美化了村容村貌。免水沖式的設(shè)計減輕了污水處理廠的負(fù)擔(dān)，減少了水、土壤的污染，使耕地的可持續(xù)性效益穩(wěn)步增加，助力“綠水青山”的鄉(xiāng)村建設(shè)。

3．2 生態(tài)效益

家用改進(jìn)式糞尿分集廁所不需用水沖刷，在適應(yīng)北方寒地氣候的同時節(jié)省了大量的水資源，對于冬季較干旱的北方農(nóng)村地區(qū)尤為寶貴。在低碳發(fā)展的目標(biāo)使命下，改進(jìn)后的旱廁能夠?qū)⒓S便和尿液進(jìn)行分類收集和循環(huán)利用，發(fā)揮農(nóng)村本身的“自潔”潛力，降低了農(nóng)藥、化肥面源污染的程度。同時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的秸稈只需研磨成粉末即可利用，一改農(nóng)村露天焚燒秸稈所帶來的大氣污染現(xiàn)象，緩解了農(nóng)村減碳工作的壓力。

以家用改進(jìn)式糞尿分集廁所為中心，形成寒地農(nóng)村低碳循環(huán)體系。如圖4 所示，總結(jié)北方寒地農(nóng)村四類可控碳源，其中糞污資源無害化處理產(chǎn)生有機肥料、沼氣等能源，用以補償煤炭能源及農(nóng)田化肥的資源投入，實現(xiàn)源頭式減碳;農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈又可用作廁所堆肥的生物反應(yīng)基質(zhì)，實現(xiàn)間接式減碳。

圖4 基于糞污處理的北方寒地農(nóng)村低碳循環(huán)發(fā)展體系

3．3 經(jīng)濟效益

家用改進(jìn)式糞尿分離旱廁生產(chǎn)成本低，安裝操作簡單，易于推廣。盡管旱廁改造需要花費部分資金，但改造后的旱廁不僅衛(wèi)生環(huán)保，減少了農(nóng)村村民因感染廁所病菌而產(chǎn)生的醫(yī)藥費支出，還能夠?qū)崿F(xiàn)資源的循環(huán)利用，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，低溫冷藏的尿液和脫水干燥后的糞便均可還田利用，其中含有的有機質(zhì)能夠提高土壤的肥力，減少了化肥的使用和污染，提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量。因此，以發(fā)展的角度看北方寒地農(nóng)村糞尿分離式的改廁工作，是一項能夠帶來長遠(yuǎn)經(jīng)濟效益的民生福祉。此外，農(nóng)村人居環(huán)境的提升還有助于北方寒地農(nóng)村吸引旅游人氣，充分利用雪鄉(xiāng)特色，發(fā)展特色旅游業(yè)和休閑農(nóng)業(yè)，助推鄉(xiāng)村振興。經(jīng)濟水平的提高同時也能夠吸引青壯年人才留鄉(xiāng)發(fā)展，為北方寒地農(nóng)村增添勞動力和提供先進(jìn)的技術(shù)支持。

4 結(jié)論與建議

北方寒地旱廁改造由于其特殊的嚴(yán)寒氣候原因及多種現(xiàn)實因素，導(dǎo)致現(xiàn)有改廁存在許多問題。在中央“因地制宜持續(xù)推進(jìn)廁所革命”的政策視角下，結(jié)合低碳循環(huán)發(fā)展理念及費用效益分析方法，以現(xiàn)有糞尿分集式生態(tài)廁所為基礎(chǔ)，完善廁所改造及綜合循環(huán)體系構(gòu)建，形成了適應(yīng)北方寒地的農(nóng)村生態(tài)廁所體系，對于寒地城市廁所改造及人居環(huán)境的改善都有一定的參考意義。

1) 家用改進(jìn)式糞尿分集廁所。從源頭實現(xiàn)糞尿分離，減少水資源利用及污水處理費用，且將糞污資源無害化再利用，不僅切實解決北方寒地如廁難的問題，而且實現(xiàn)了農(nóng)村人居環(huán)境改善，為農(nóng)戶提供了可持續(xù)利用的廁所系統(tǒng)。2) 生態(tài)庭院模式。改進(jìn)糞尿分集廁所可結(jié)合農(nóng)戶養(yǎng)殖業(yè)、沼氣池、豐富太陽能資源、太陽能采暖房形成一體化生態(tài)庭院模式，改善北方寒地庭院的生活生產(chǎn)。3) 生態(tài)庭院綜合循環(huán)體系。以家用改進(jìn)式糞尿分集廁所為物質(zhì)循環(huán)中心，以糞污的綜合利用為主體，形成兩大循環(huán)體系，實現(xiàn)資源的生態(tài)循環(huán)利用。