趙文斌 郭楠 燕國輝

摘要 隨著我國農(nóng)村污水處理工程的不斷推進，“廁所革命”工作取得了巨大成效，農(nóng)村環(huán)境也正在朝著積極蓬勃的方向發(fā)展。目前衛(wèi)生廁所普及程度存在南高北低、東高西低的現(xiàn)象，東部衛(wèi)生廁所普及率高，中部、西部、東北部仍需加強完善。衛(wèi)生廁所的普及是改善農(nóng)村廁所環(huán)境的主要途徑之一，其種類的選擇要做到因地制宜，兼顧當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、地理氣候條件、衛(wèi)生環(huán)境等因素。由于廁所污水具有可生化性強、水質(zhì)波動不明顯、污水總量小、有機負荷量大、基本不含重金屬等有毒物質(zhì)的特點，處理方法主要包括生物處理法、生態(tài)處理法和生物-生態(tài)處理法聯(lián)用技術(shù)。蔬菜大棚-廁所廢水原位凈化系統(tǒng)-有機肥三位一體新模式，可在有效保障寒冷地區(qū)冬季衛(wèi)生廁所污水處理效果同時，實現(xiàn)廢棄物資源化利用。

關(guān)鍵詞 廁所革命;農(nóng)村廁所廢水;衛(wèi)生廁所;三位一體新模式;現(xiàn)狀;展望

Abstract With the continuous promotion of rural sewage treatment projects in China，the “toilet revolution” has made great achievements，and the rural environment is also developing in a positive and vigorous direction.There is a phenomenon of “high in the south and low in the north，high in the east and low in the west” in the popularity of sanitary toilets.The popularity rate of sanitary toilets in the east is high，and it needs to be improved in the middle，west and northeast.The popularization of sanitary toilets is one of the main ways to improve the environment of rural toilets.The selection of their types should be based on local conditions，taking into account local economic development，geographical and climatic conditions，sanitary environment and other factors.Due to toilet sewage has the characteristics of strong biodegradability，water quality fluctuation is not obvious，small total amount of sewage，large organic loading，basically free of toxic substances such as heavy metals，the treatment methods mainly include biological treatment，ecological treatment and bio-ecological treatment.The new model of vegetable greenhouse-toilet wastewater in-situ purification system-organic fertilizer trinity can effectively guarantee the sewage treatment effect of sanitary toilets in cold areas in winter and realize the waste resource utilization.

Key words Toilet revolution;Rural toilet sewage;Sanitary toilet;The new trinity model;Current situation;Prospect

我國長期以來對鄉(xiāng)村建設(shè)重視程度不及城市，造成農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)配套設(shè)施等與城市存在巨大差距，生態(tài)環(huán)境也受到嚴重污染[1-2]，廁所問題尤為突出。雖然近幾年衛(wèi)生廁所在農(nóng)村的普及率顯著提高，但普通旱廁仍然是農(nóng)村地區(qū)最主要的如廁方式[3]。

廁所污水，即生活污水中的黑水，王文林等[4]研究表明，廁所污水在生活污水污染總負荷的占比率極高，COD占67%以上，TN、NH4+-N、TP占84%以上;王明杰[5]研究也表明，農(nóng)村生活污水中的污染物絕大部分都來源于廁所污水。廁所廢水中的污染物主要由COD、BOD5、氨氮、菌群、懸浮物等構(gòu)成，具有可生化性強、水質(zhì)波動不明顯、污水總量小、有機負荷量大等特點。

農(nóng)村廁所污染物主要包括液態(tài)污染物、固態(tài)污染物、氣態(tài)污染物和生物污染物4種類型[6]。

在我國農(nóng)村地區(qū)污水收集、排放設(shè)施相對落后，對于沒有污水收集系統(tǒng)和排放系統(tǒng)的農(nóng)村地區(qū)，大多都是直接且分散地排放到地表，使污水很容易隨雨水匯入地表徑流或滲透到地下水中，農(nóng)村地區(qū)糞便產(chǎn)生氮的排放量高于城市地區(qū)[7]，不僅對水體造成嚴重的污染，而且對當?shù)卮迕竦娘嬎】禈?gòu)成巨大的威脅[8]，不同之處是部分村民將廁所廢水視為很好的天然肥料，尿液和糞便中含有營養(yǎng)豐富的養(yǎng)分[9]，但不進行任何處理直接施到農(nóng)田中，同樣會造成農(nóng)田污染。

生態(tài)衛(wèi)生廁所的核心就是使水資源和營養(yǎng)物質(zhì)在人類的發(fā)展中實現(xiàn)循環(huán)，節(jié)約水資源的同時，實現(xiàn)資源化利用[10]。農(nóng)村廁所的改造可以為美麗中國、美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)帶來良好的效益[11]。

“廁所革命”在我國農(nóng)村地區(qū)的陸續(xù)開展，是順應時代需求的必然趨勢，有利于改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，同時，糞尿治理是農(nóng)村改廁的重點，從糞尿到有機肥到農(nóng)田到食物再到人類利用[12-13]，該循環(huán)體系可以實現(xiàn)糞尿、秸稈等農(nóng)村垃圾的資源化利用，提高農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量，是發(fā)展現(xiàn)代化生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的焦點問題[14]，可以很大程度上滿足農(nóng)村居民獲得舒適、清潔、安全排泄環(huán)境的美好愿望[15]。

1 我國農(nóng)村衛(wèi)生廁所分布特征

數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局全國第三次農(nóng)業(yè)普查與《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒（2009—2018）》，主要包括全國各?。ㄊ小^(qū)）衛(wèi)生廁所普及率、水沖式衛(wèi)生廁所比例以及家庭衛(wèi)生設(shè)施類型的農(nóng)戶構(gòu)成。根據(jù)國家統(tǒng)計局對區(qū)域的劃分，全國分為東部、中部、西部和東北部。數(shù)據(jù)不包括西藏、香港、澳門和臺灣。

根據(jù)《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒（2009—2018）》數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，近10年我國農(nóng)村地區(qū)衛(wèi)生廁所普及率呈不斷上升趨勢，普及率從2009年的59.7%增長至2018年的81.7%（圖1a），普及戶數(shù)從2009年的15 165.9萬戶增長至2018年的21 700.6萬戶（圖1b），普及率提高22%。從2016年全國農(nóng)村地區(qū)衛(wèi)生廁所普及率（表1）來看，各區(qū)域存在差異。東部地區(qū)的普及率大多數(shù)都在90%以上，僅有河北、海南分別為68.8%和82.4%;中部地區(qū)基本可以達到全國平均水平，江西、湖北的普及率明顯高于全國平均水平，而山西和安徽僅分別為56.0% 和67.1%;西部地區(qū)僅有廣西、四川略高于全國平均水平，其他省市均為全國平均水以下;東北地區(qū)的黑龍江、吉林、遼寧均略低于全國平均水平。

從表2可以看出，旱廁仍為大部分農(nóng)村廁所類型的主要存在形式，在全國占有58.6%的比例，其中在東北地區(qū)的應用最為廣泛，東部地區(qū)明顯低于其他區(qū)域。對于水沖式衛(wèi)生廁所（表1～2），東部地區(qū)的普及率明顯高于全國平均水平，領(lǐng)先全國其他區(qū)域，僅有河北、山東分別為14.9%和27.7%，低于全國平均水平;中部地區(qū)平均水平略低于全國平均水平，江西、湖南分別為73.5%和48.7%，優(yōu)勢明顯，而山西、河南分別僅為4.7%和9.5%;西部地區(qū)平均水平同樣略低于全國平均水平，其中甘肅、青海和新疆具有明顯劣勢;東北地區(qū)平均水平明顯低于全國平均水平，黑龍江、吉林和遼寧的普及率分別為3.8%、2.6%和5.1%。

衛(wèi)生廁所在我國的普及程度主要歸結(jié)為以下4個原因：①當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。農(nóng)民生活水平的高低直接影響著當?shù)匦l(wèi)生廁所的建設(shè)，當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展程度低，會導致改廁投入資金不足，農(nóng)民對改廁產(chǎn)生懈怠的思想，積極性下降;基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和設(shè)備維護等方面，農(nóng)村投入遠遠落后于城鎮(zhèn)，對于農(nóng)村污水處理的投入還不到總投入的1%[16]，當?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善，會導致改廁難度加大、投入資金更多、施工周期加長，衛(wèi)生廁所普及率降低。②當?shù)刈匀坏乩砑皻夂驐l件。嚴重缺水、氣候干旱的西北地區(qū)、冬季氣候干燥寒冷的東北地區(qū)、偏遠的山區(qū)以及盆地荒漠地區(qū)，水資源短缺、冬季凍層較深、挖掘難度大等自然因素導致改廁難度加大，衛(wèi)生廁所普及率偏低。③當?shù)卮迕竦娜宋乃仞B(yǎng)及教育程度。衛(wèi)生廁所的建設(shè)離不開當?shù)卮迕竦呐浜?，大部分農(nóng)民受傳統(tǒng)觀念的影響較為嚴重，習慣以旱廁為主要如廁方式，對衛(wèi)生廁所的優(yōu)勢理解不足，改廁后仍有一部分農(nóng)民將衛(wèi)生廁所閑置。④當?shù)卣叩男麄?、實施與落實。廁所改造試點過程中當?shù)卣畬r(nóng)民進行的宣傳和培訓力度不夠，導致農(nóng)民對其使用的方法不正確，故障率高[17];廁所的改造一定程度上增加了農(nóng)民的經(jīng)濟負擔，政府應當采取一定的措施提高改廁后的補貼力度，加強水資源保護的宣傳[18]，衛(wèi)生廁所普及率才會有所增高。

2 衛(wèi)生廁所主要類型

根據(jù)我國發(fā)布的《農(nóng)村改廁技術(shù)示范（試行）》中，把衛(wèi)生廁所定義為廁屋（有墻、有頂）清潔、無蠅蛆、無臭、貯糞池不滲、不漏、密閉有蓋，適時清除糞便并進行無害化處理。衛(wèi)生廁所主要分為水沖式和糞尿分集式兩大類，其中水沖式包括三格化糞池式、雙甕漏斗式、三聯(lián)沼氣池式、完整下水道水沖式，糞尿分集式包括糞尿分集式、雙坑交替式（表3）。

2.1 三格化糞池式廁所

三格化糞池就是將普通化糞池按照2∶1∶3的比例劃分為三格，第一格是將固體廢棄物如新鮮糞便和殘渣留在池中;第二格是將第一格流入的液體（糞液）進一步發(fā)酵和將寄生蟲卵沉淀，目的是將糞便進行無害化處理;第三格是貯存無害化形成的糞便[19-20]。三格化糞池式廁所的主要特點是：①結(jié)構(gòu)簡單，使用、維護方便，在發(fā)展中國家普遍應用[21-22];②造價低，普遍使用于我國農(nóng)村廁所;③無害化產(chǎn)生的糞便可以作為肥料，實現(xiàn)廢物資源化利用;④處理效果一般，出水污染物濃度超標，仍需優(yōu)化設(shè)計[23]。

2.2 雙甕漏斗式廁所

雙甕漏斗式廁所主要由前后翁形貯糞池、漏斗形便器和廁室組成，前翁的作用是貯存糞便并進行充分的厭氧發(fā)酵、液化、氨化等處理，殺滅糞便中的寄生蟲卵和病原微生物，糞液進入后翁中進一步厭氧消化，達到無害化標準要求。雙甕漏斗式廁所的主要優(yōu)點為造價低、結(jié)構(gòu)簡單、使用和維護方便、衛(wèi)生效果好，缺點為后期清掏難度大、過糞管易堵塞[24-25]。

2.3 三聯(lián)沼氣池式廁所 三聯(lián)沼氣池式廁所是指在有一定牲畜糞便來源的農(nóng)戶中，將畜棚、沼氣池、廁所聯(lián)建，牲畜糞便進入沼氣池中缺渣池一側(cè)，沼氣池上蓋建造蹲便，人便直接進入沼氣池內(nèi)，人、牲畜糞便和秸稈等通過微生物的分解轉(zhuǎn)化，形成以甲烷為主的沼氣，用于供暖、供能等措施，殘余廢渣經(jīng)過無害化處理可以作為肥料使用[26]。這種類型的廁所操作簡便、改善生態(tài)，張麗娜等[27]研究表明，沼氣池式廁所可以有效地減少細菌和病原性微生物的數(shù)量。但其缺點是衛(wèi)生環(huán)境較差、資源難整合、經(jīng)濟效益不明顯等。

2.4 完整下水道水沖式廁所

完整下水道水沖式廁所是指直接將廁所污水排入當?shù)匚鬯芫W(wǎng)中，統(tǒng)一送到污水處理廠處理。隨著我國城鎮(zhèn)化進程加快，農(nóng)村經(jīng)濟穩(wěn)步提升，完整下水道水沖式廁所普及程度也越來越高。這種類型的廁所具有清潔衛(wèi)生、出水水質(zhì)穩(wěn)定、不用農(nóng)戶清掏的優(yōu)點，但缺點是消耗較大的人力、物力、財力，且需要比較完整的下水道處理系統(tǒng)。

2.5 糞尿分集式廁所

糞尿分集式廁所的結(jié)構(gòu)原理主要是設(shè)有排糞口和排尿口2個排泄口，實現(xiàn)糞和尿分別收集、單獨處理。收集到的糞中添加適量的干燥脫水劑，如草木灰、鋸末等，可以殺死病菌和蟲卵，無害化處理后得到的糞可以作為肥料，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，實現(xiàn)廢物資源化利用[28]。尿液中含有大量的N、P、K等營養(yǎng)物質(zhì)，收集到的尿液經(jīng)過無害化處理后可以直接進行農(nóng)田滴灌[29]。糞尿分集式廁所的主要特點為使用操作方便、無需用水，可以應用于干燥缺水、寒冷的農(nóng)村地區(qū)。

2.6 雙坑交替式廁所

雙坑交替式廁所是指廁所中具有2個廁坑交替使用，使用過程中，開啟其中一個廁坑，另一個封閉，待一個廁坑填滿后對其封閉，開啟另一個廁坑，如此循環(huán)使用[30]。與其他衛(wèi)生旱廁一樣，清掏出的糞便經(jīng)過無害化處理后，可以作為土壤改良劑，提高農(nóng)田產(chǎn)量，對預防腸道傳染病起到顯著作用[31]。

3 農(nóng)村衛(wèi)生廁所廢水處理工藝

我國國土面積遼闊，南北方氣候、地形差異明顯，農(nóng)村各地傳統(tǒng)習俗不盡相同，環(huán)境狀況、經(jīng)濟狀況、廁所廢水的收集難度也大相徑庭，水污染問題已經(jīng)成為當前最嚴重的環(huán)境問題之一[32]，因此要因地制宜地找到適合不同農(nóng)村處理廁所污水方法就顯得十分重要?，F(xiàn)階段處理廁所污水的方法主要包括生物處理法、生態(tài)處理法和生物-生態(tài)處理法聯(lián)用技術(shù)（圖2）。

近年來，隨著我國科學技術(shù)的不斷進步，全國農(nóng)村污水處理工程的不斷推進，許多新型污水處理工藝被研究出來并成功應用在農(nóng)村污水處理中，其中具有代表性的工藝包括A/O生物接觸氧化工藝、膜生物反應器工藝和土壤滲濾工藝等。

3.1 A/O生物接觸氧化工藝

A/O生物接觸氧化法是一種處理廁所污水相對成熟的工藝，不僅已經(jīng)成功應用在風景名勝區(qū)、國防工程等，而且同樣可以作為一種高效的處理工藝應用在農(nóng)村糞便污水處理中[34]。該工藝主要由好氧和厭氧兩部分組成，池內(nèi)設(shè)有填料，污水經(jīng)過填料附著成為生物膜，微生物的新陳代謝作用可將污水中的有機物去除，最終實現(xiàn)凈化的過程[35]。A/O生物接觸氧化法具有耐受性強、容積負荷高、占地面積小、污泥產(chǎn)量低、無需污泥回流、運行穩(wěn)定、管理簡單等特點，能夠高效地降低廁所污水中COD、氨氮等有機物[36]，出水COD、TN、NH4+-N、TP濃度均能達到一級B標準[37]。

3.2 膜生物反應器工藝

膜生物反應器工藝是一種新型水處理工藝，是將生物處理工藝和二沉池工藝相結(jié)合，以分離膜組件作為依托，而有效組合成的分離單元，反應器主要由生物反應器、膜組件和控制系統(tǒng)組成，可以分為膜分離生物反應器、萃取膜生物反應器和膜曝氣生物反應器[38]。膜生物反應器工藝具有以下幾個特點：①剩余污泥產(chǎn)量小，污泥產(chǎn)率低且污泥濃度高;②截留污水中微生物的效果明顯，使水力停留時間與污泥齡完全分離;③固液分離徹底，所以出水水質(zhì)良好;④占地面積小，容積負荷高，操作靈活簡便[39-40]。該工藝的不足之處是膜容易受到污染，被堵塞，膜通量降低，后期技術(shù)管理要求較高，使得在一些經(jīng)濟欠發(fā)達的農(nóng)村地區(qū)的推廣受到一定阻礙。

3.3 土壤滲濾工藝

土壤滲濾工藝是一種分散式污水處理工藝，是一種將自然凈化與人工工藝相結(jié)合的小規(guī)模污水處理技術(shù)，通過土壤吸附、植物吸收和微生物降解作用，使污水得以凈化[41]。根據(jù)處理對象不同，主要分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、地下滲濾和濕地系統(tǒng)5個類型[42]。土壤滲濾工藝具有以下幾個特點：①對于中小城鎮(zhèn)污水處理的效果明顯，技術(shù)含量低，占地面積小;②建設(shè)投資低，能源消耗少，再生水回用;③出水水質(zhì)穩(wěn)定，受季節(jié)影響小[43-44]。劉哲人等[45]研究表明，土壤滲濾工藝處理寒冷地區(qū)城鎮(zhèn)及農(nóng)村污水的效果同樣明顯。

4 寒冷地區(qū)冬季衛(wèi)生廁所運行問題及展望

水廁既是衛(wèi)生廁所的發(fā)展趨勢，也是“廁所革命”的主要方向，但在寒冷地區(qū)，冬季溫度低，廢水處理效率下降，后期清理難度加大，傳統(tǒng)衛(wèi)生水廁運行模式并不適用[46]。為解決低溫條件下寒冷地區(qū)衛(wèi)生水廁運行障礙，需構(gòu)建新型模式。

鑒于此，該研究在傳統(tǒng)凈化槽技術(shù)基礎(chǔ)上，與蔬菜大棚聯(lián)用，形成蔬菜大棚-廁所廢水原位凈化系統(tǒng)-有機肥三位一體新模式，并在吉林省東遼縣遼河源鎮(zhèn)開展了工程示范（圖4）。在寒冷地區(qū)，蔬菜大棚具有有效利用冬季自然光能、保溫性能良好、不受溫度和時間限制、自然生長季短、可延后蔬菜生長期等特點;凈化槽采用接觸氧化、生物膜等技術(shù)使污水得到凈化[47]，具有占地面積小、適用于居住分散的地區(qū)[48]、出水穩(wěn)定、高效除氮除磷等特點[49-50]。蔬菜大棚-廁所廢水原位凈化系統(tǒng)-有機肥三位一體新模式是將衛(wèi)生廁所排出的糞尿混合物收集在化糞池中充分發(fā)酵，廢液進入到凈化槽中，通過微生物對有機物的分解和自身新陳代謝作用，從而達到凈化作用，為了滿足微生物存活的最適宜溫度，在地面建立蔬菜大棚，既可以起到保溫作用，化糞池中固體廢棄物又可以作為肥料經(jīng)過無害化處理后施在大棚里，實現(xiàn)廢物資源化利用。該新模式既適用于農(nóng)村單戶或幾戶連用的水沖式衛(wèi)生廁所，又可以應用在鄉(xiāng)鎮(zhèn)公共廁所建設(shè)中。

5 結(jié)論

（1）各地區(qū)農(nóng)村廁所的數(shù)量、類型存在明顯差異，衛(wèi)生廁所普及程度存在南高北低、東高西低的現(xiàn)象，東部衛(wèi)生廁所普及率高，中部、西部、東北部仍需加強完善?？梢酝ㄟ^加強宣傳教育力度、提高村民環(huán)保意識、不同區(qū)域?qū)Σ煌愋托l(wèi)生廁所進行創(chuàng)新、完善與規(guī)范衛(wèi)生廁所的建設(shè)和使用技術(shù)等方法提高衛(wèi)生廁所普及率，充分發(fā)揮改廁對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境帶來的影響。

（2）廁所污水與其他生活污水相比，具有可生化性強、水質(zhì)波動不明顯、污水總量小、有機負荷量大、基本不含重金屬等有毒物質(zhì)的特點。現(xiàn)階段處理廁所污水的方法主要包括生物處理法、生態(tài)處理法和生物-生態(tài)處理法聯(lián)用技術(shù)。農(nóng)村廁所污水處理工藝的選擇以及衛(wèi)生廁所的選擇要做到因地制宜，兼顧當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、地理氣候條件、衛(wèi)生環(huán)境等因素。目前污水處理技術(shù)各有優(yōu)點與缺點，可以將不同技術(shù)合理地組合起來，取長補短，未來應加強對新型污水處理技術(shù)更深層次的研究。

（3）蔬菜大棚-廁所廢水原位凈化系統(tǒng)-有機肥三位一體新模式不僅可以將具有較高處理效率的凈化槽工藝應用到寒冷地區(qū)，而且可以實現(xiàn)廢物的資源化利用，從而保護生態(tài)環(huán)境。

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