張宇航，沈玉君，王惠惠，丁京濤，賈懿曼，范盛遠(yuǎn)，周海賓，程紅勝，文宏達(dá)

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071001；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)村能源與環(huán)保研究所，北京 100121）

農(nóng)村衛(wèi)生廁所建設(shè)和糞便無(wú)害化處理對(duì)于疾病預(yù)防控制和農(nóng)村人居環(huán)境整治具有重要意義。1993年我國(guó)農(nóng)村地區(qū)衛(wèi)生廁所的覆蓋率僅為7.5%，2015年無(wú)害化衛(wèi)生廁所的覆蓋率為57.5%[1]，經(jīng)過(guò)近幾年的努力，截至2020 年底，我國(guó)農(nóng)村衛(wèi)生廁所普及率已超過(guò)68%[2]。2021年1月，中央1號(hào)文件《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見(jiàn)》指出，將開(kāi)展五年農(nóng)村人居環(huán)境整治提升行動(dòng)，分類(lèi)有序推進(jìn)農(nóng)村廁所革命，加快研發(fā)干旱、寒冷地區(qū)衛(wèi)生廁所適用技術(shù)和產(chǎn)品，加強(qiáng)中西部地區(qū)農(nóng)村戶用廁所改造。

與城市居民的水沖式廁所及管網(wǎng)式糞污統(tǒng)一收集處理系統(tǒng)不同，我國(guó)農(nóng)村居民的廁所千差萬(wàn)別，既有水沖式廁所也有旱廁，且水沖式廁所的沖水量與城市也有差異，糞污收集也分為單戶、多戶、村級(jí)等多種形式及規(guī)模。當(dāng)前，多數(shù)農(nóng)村居民居住分散，廁所糞污多以單戶收集處理為主。不同廁所類(lèi)型及使用情況決定著糞污的特性及無(wú)害化處理效果，但農(nóng)村廁所糞污無(wú)害化實(shí)際效果仍不清楚。因此，本文通過(guò)梳理國(guó)內(nèi)外的廁所類(lèi)型及相應(yīng)的廁所糞污處理技術(shù)，分析現(xiàn)有處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和限制因素，提出農(nóng)村改廁類(lèi)型與糞污處理技術(shù)結(jié)合的研究方向，旨在為農(nóng)村改廁技術(shù)產(chǎn)品選擇以及糞污處理利用提供參考和借鑒。

1 農(nóng)村廁所常見(jiàn)類(lèi)型

當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)村“廁所革命”推廣使用的衛(wèi)生戶廁主要有三格化糞池式廁所、三聯(lián)通沼氣池式廁所、雙甕漏斗式廁所、糞尿分集式廁所、完整下水道式廁所和雙坑交替式廁所[3]。三格化糞池式廁所是由地上廁所、地下糞池和其他配套設(shè)施組成，地下糞池由三池兩管構(gòu)成，其利用蟲(chóng)卵沉降、厭氧發(fā)酵以及生物拮抗等原理實(shí)現(xiàn)糞便無(wú)害化。三聯(lián)通沼氣池式廁所將豬圈、廁所、沼氣池聯(lián)通起來(lái)，人畜糞便在沼氣池中厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣、沼液、沼渣可為居民提供能源與肥料。雙甕漏斗式廁所主要包括廁所、前甕、后甕、過(guò)糞管及其他配件，廁所糞污在前甕發(fā)酵沉淀后，中層糞液通過(guò)過(guò)糞管流入后甕進(jìn)行厭氧消化，以達(dá)到糞便無(wú)害化的目的。糞尿分集式廁所采用糞尿分離便器，將糞尿分開(kāi)儲(chǔ)存于儲(chǔ)糞池和儲(chǔ)尿桶，利用干化原理處理糞便。完整下水道式廁所即水沖式廁所，與污水管網(wǎng)相連，糞尿統(tǒng)一處理[4]。雙坑交替式廁所采用雙坑交替使用，糞污在坑內(nèi)厭氧發(fā)酵半年后可實(shí)現(xiàn)糞污無(wú)害化處理[5]。

2 廁所糞污特性及處理技術(shù)

2.1 廁所糞污特性

我國(guó)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)和生活環(huán)境差異較大：城市家庭居住集中，主要采用水沖式廁所，廁所糞污與其他生活污水一并進(jìn)入管網(wǎng)集中收集后，由污水處理廠統(tǒng)一處理，達(dá)標(biāo)后排放；而農(nóng)村居住較分散，產(chǎn)生的廁所糞污多為單獨(dú)收集處理，特別是采用的三格式、雙甕式等水沖式戶廁類(lèi)型，產(chǎn)生的廁所糞污性質(zhì)與城市管網(wǎng)的污水差別較大。此外，干旱寒冷地區(qū)農(nóng)村采用的旱廁類(lèi)型較多，旱廁糞污與水沖廁所的糞污特性也存在較大差異。

由表1 可知，新鮮人糞尿與不同廁所類(lèi)型內(nèi)的糞污基本理化性質(zhì)存在差異，而且人糞尿中的鹽分及糞大腸菌含量高，若直接將人糞尿還田，可能會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。新鮮人糞尿的電導(dǎo)率（EC）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學(xué)需氧量（COD）、糞大腸菌群數(shù)遠(yuǎn)高于三格化糞池第一池和城市污水，這是因?yàn)槿窕S池和城市污水管網(wǎng)與水沖廁所相連，廁所糞污經(jīng)過(guò)沖廁水的稀釋，其各項(xiàng)指標(biāo)低于人糞尿。旱廁衛(wèi)生條件差，糞污若不經(jīng)過(guò)脫水、高溫發(fā)酵等無(wú)害化處理，糞大腸菌群數(shù)在適宜的存放條件下仍會(huì)增加，分別是新鮮人糞、三格化糞池第一池糞污、城市污水的6.87、311.12、9 778.91 倍。三格化糞池第一池的TN、TP、COD、糞大腸菌群數(shù)高于城市污水，這是由于農(nóng)村的三格式戶廁沖水量少，且城市污水還包含廚房、洗浴等其他污水，導(dǎo)致城市污水的EC高于三格化糞池第一池。針對(duì)不同類(lèi)型的廁所糞污應(yīng)采用適宜的處理技術(shù)去除污染物，以達(dá)到無(wú)害化或利用標(biāo)準(zhǔn)。

表1 不同糞污的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of the different night soil

2.2 廁所糞污處理技術(shù)

農(nóng)村廁所糞污處理技術(shù)較多，包括厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵、干化、焚燒等技術(shù)，此外，還有一些新型技術(shù)，如熱解[12]、電解[13]、深度處理[14-16]等。不同廁所類(lèi)型通過(guò)與糞污處理技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了廁所系統(tǒng)前端的衛(wèi)生收集和后端的糞污無(wú)害化效果。其中，三格化糞池式、雙甕漏斗式、三聯(lián)通沼氣池式、雙坑交替式廁所主要是利用厭氧發(fā)酵技術(shù)實(shí)現(xiàn)廁所糞污無(wú)害化處理，糞尿分集式廁所主要是利用干化技術(shù)實(shí)現(xiàn)廁所糞污無(wú)害化處理。廁所糞污經(jīng)無(wú)害化處理后，其中的病原菌和寄生蟲(chóng)卵被殺滅，變成含有高有機(jī)質(zhì)以及氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的農(nóng)家肥；但若無(wú)害化處理不當(dāng)，廁所糞污農(nóng)用會(huì)導(dǎo)致病原體的傳播，造成二次污染。

2.2.1 厭氧發(fā)酵技術(shù)

厭氧發(fā)酵技術(shù)在糞污處理技術(shù)中相對(duì)成熟，在農(nóng)村改廁工作中應(yīng)用較廣。此種技術(shù)是在密閉環(huán)境下，利用厭氧消化菌將糞污轉(zhuǎn)化為CH4、H2O、CO2和有機(jī)物等[4，17]。厭氧發(fā)酵過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段是糞便分解、糞液分層和蟲(chóng)卵沉降；第二階段為充分的厭氧發(fā)酵[4]。糞污經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵后，病原菌被殺滅，產(chǎn)生的沼渣、沼液可以用作有機(jī)肥施入農(nóng)田，產(chǎn)生的沼氣可以用于照明、做飯、供暖等日常生活。據(jù)報(bào)道，國(guó)外應(yīng)用厭氧發(fā)酵技術(shù)的有德國(guó)呂貝克市的真空廁所后續(xù)處理工藝[18]以及美國(guó)農(nóng)村的帶自凈功能的廁所[19]等。國(guó)內(nèi)應(yīng)用厭氧發(fā)酵技術(shù)的有三格化糞池式、雙甕漏斗式、三聯(lián)通沼氣池式和雙坑交替式廁所。通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)歸納整理，將75 份糞污處理結(jié)果總結(jié)于表2，其中三格化糞池式、雙甕漏斗式、三聯(lián)通沼氣池式、雙坑交替式廁所樣本量分別為34、21、18、2 個(gè)。

三格化糞池是目前應(yīng)用最廣的厭氧發(fā)酵糞污處理設(shè)施，處理后的糞污pH 約為7.8，糞大腸菌值約為6.1×10-2，CODCr去除率為57.3%（表2）。金小林等[20]通過(guò)檢測(cè)130 座三格化糞池的污染物指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，三格化糞池的第3 格可去除99.96%的糞大腸菌，并全部達(dá)到無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，但對(duì)氨氮（NH3-N）的處理效果較差。宋偉民等[21]分別在寒季、暖季對(duì)滲坑式化糞池的污水處理效果各進(jìn)行了1 個(gè)月的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)暖季的糞大腸菌群含量高于寒季，說(shuō)明低溫不利于糞大腸菌群的繁殖。王玉華等[22]通過(guò)研究3個(gè)地區(qū)的污水處理效果發(fā)現(xiàn)三格化糞池出水水質(zhì)遠(yuǎn)達(dá)不到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的要求，且處理效果與沼氣化糞池相比相差甚遠(yuǎn)。三格化糞池式廁所常見(jiàn)的不達(dá)標(biāo)原因主要有沖水過(guò)多、建造質(zhì)量不合格、生活污水入池等。

三聯(lián)通沼氣池式廁所常用于養(yǎng)殖戶。研究發(fā)現(xiàn)，沼氣池式廁所出糞口pH 約為7.5，糞大腸菌值約為1.6×10-2，BOD5為318.7 mg·L-1（表2）。柳樹(shù)滋等[23]認(rèn)為沼氣池式廁所具有經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、綜合效益和示范意義，符合農(nóng)戶的如廁習(xí)慣，無(wú)害化處理效果好，可產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)肥料和清潔能源，并且可使腸道傳染病減少96.18%，但沼氣池式廁所對(duì)化糞池和沼氣池的施工要求較高，需要專業(yè)的技術(shù)人員建造[24]。

雙甕漏斗式廁所使用時(shí)需控制沖水量。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)雙甕無(wú)害化處理后的糞污pH 約為7.7，糞大腸菌值約為3.4×10-2，CODCr去除率為76.4%（表2）。雙甕式廁所在保證無(wú)害化處理的同時(shí)還可保持肥效，韓效才等[25]檢測(cè)了120 個(gè)雙甕式廁所的無(wú)害化指標(biāo)發(fā)現(xiàn)保氮效率達(dá)95.7%。但胡小紅等[26]調(diào)查湖南省2 個(gè)村的24 戶改廁戶時(shí)發(fā)現(xiàn)雙甕式廁所無(wú)害化指標(biāo)的達(dá)標(biāo)率僅占20.8%，這主要是由沖廁用水量過(guò)多導(dǎo)致。另外，馮新元等[27]、齊振文[28]、徐國(guó)雄等[29]在調(diào)研改廁工作進(jìn)展時(shí)都發(fā)現(xiàn)了雙甕式廁所管理不到位的問(wèn)題。對(duì)鄭州市農(nóng)村1269 戶雙甕漏斗式廁所的衛(wèi)生管理質(zhì)量調(diào)查顯示，管理較好的農(nóng)戶僅占43.4%[27]，說(shuō)明雙甕式廁所在使用中仍需加強(qiáng)管理。

表2 厭氧發(fā)酵技術(shù)在不同廁所類(lèi)型中的糞污處理效果Table 2 Effects of different toilets on the night soil with anaerobic fermentation technology

雙坑交替式廁所在干旱或半干旱地區(qū)廣泛推行，該類(lèi)廁所是典型的無(wú)水型廁所，便后可直接用土覆蓋，封存四個(gè)半月后，糞大腸菌值約為4×10-3，蛔蟲(chóng)卵死亡率超過(guò)96%[5]。若儲(chǔ)存時(shí)間小于半年，應(yīng)經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理后使用[30]。

厭氧發(fā)酵技術(shù)的研究和應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)，成熟度高，可實(shí)現(xiàn)就地處理，無(wú)額外污染負(fù)荷與嗅覺(jué)污染，資源化利用率高，可產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)肥料和清潔能源。該技術(shù)適用條件廣，但處理周期略長(zhǎng)，后期維護(hù)不便，受設(shè)施結(jié)構(gòu)、建造質(zhì)量、溫度、外來(lái)物等影響因素較多。該技術(shù)成本中等，無(wú)額外運(yùn)輸、配套設(shè)施及供能的支出，建造費(fèi)用為每戶300～2 000元，其中雙甕式廁所208 d即可收回投資成本，以后每投入1 元可帶來(lái)6.90 元的收益[24]。三格式和雙甕式廁所適合氣候溫暖具備水沖條件的地區(qū)，雙坑交替式廁所在缺水地區(qū)適用，沼氣池式廁所推薦種養(yǎng)結(jié)合的農(nóng)戶使用。

2.2.2 好氧發(fā)酵技術(shù)

好氧發(fā)酵技術(shù)在我國(guó)農(nóng)村應(yīng)用推廣也較多，該技術(shù)是將糞便與生物填料或者基質(zhì)混合后置于儲(chǔ)糞池或發(fā)酵罐內(nèi)，利用糞便自身攜帶的好氧微生物或者定期投放特殊高效菌種進(jìn)行發(fā)酵，將其分解成CO2、H2O和小分子有機(jī)物[19]，最終變成有機(jī)肥，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫可殺滅各種病原體、寄生蟲(chóng)。德國(guó)的Locus廁所和WC der Zukunft 廁所[38]，我國(guó)的好氧型免水微生物堆肥廁所、免水微生物降解型廁所，南非的干燥堆肥廁所[39]，挪威和澳大利亞的旋轉(zhuǎn)式堆肥廁所，日本的木屑免水沖生態(tài)廁所[40]，英國(guó)的“斜坡”廁所[41]等都采用了好氧發(fā)酵技術(shù)。其中，Locus 廁所和WC der Zukunft 廁所是新型堆肥廁所，通過(guò)配置特殊裝置實(shí)現(xiàn)了糞便的就地生物降解，但成本高昂[38]。

表3 選取了20 個(gè)數(shù)據(jù)總結(jié)出免水微生物堆肥型廁所（6 個(gè)）和免水微生物降解型廁所（14 個(gè)）的糞污處理效果。免水微生物堆肥型廁所的發(fā)酵溫度可達(dá)50.0 ℃，占地小，動(dòng)力消耗大[42-43]。盛保華等[42]研究的免水微生物堆肥型廁所的反應(yīng)基質(zhì)3～4 個(gè)月更換一次，廁所內(nèi)的物料減量化約為70%。免水微生物降解型廁所內(nèi)發(fā)酵溫度約49.7 ℃，處理后的糞大腸菌值約為3.8×10-3，廁所的填料可使用1～2 a，糞便減量化可維持在95%以上，但成本高，降解效率受糞尿比例的影響較大[44]。單寧[45]研制的免水微生物降解型廁所的菌劑可達(dá)到“三零”（零污染、零感染和零廢棄物排放）、“三化”（減量化、無(wú)害化和資源化）的要求，但目前僅進(jìn)行了初步探討，仍需深入研究。

表3 好氧發(fā)酵技術(shù)（高溫堆肥）在不同廁所類(lèi)型中的糞污處理效果Table 3 Effect of different toilets on the night soil with aerobic fermentation technology（high temperature composting）

好氧發(fā)酵技術(shù)成熟度略低于厭氧發(fā)酵技術(shù)，前者改變了農(nóng)戶的如廁習(xí)慣，耗能高，且需要外界干預(yù)，效果受填充基質(zhì)的影響較大，但衛(wèi)生效果好，處理周期短，安裝方便，可產(chǎn)出有機(jī)肥[4]。在處理效果的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的安全性方面好氧發(fā)酵技術(shù)還有待提高[39]，后期使用維護(hù)管理不當(dāng)易導(dǎo)致堆肥失敗。好氧發(fā)酵技術(shù)保溫、攪拌、曝氣等會(huì)造成額外能耗支出，尤其是需要特殊菌劑處理的免水微生物降解型廁所需在購(gòu)買(mǎi)菌劑方面投入更多，但其具有免水的優(yōu)勢(shì)，若替換掉我國(guó)所有家庭的沖水馬桶，全國(guó)每年可節(jié)約100 億元的水費(fèi)和280 億元的污水處理費(fèi)用[44]。好氧發(fā)酵技術(shù)適用于干旱缺水地區(qū)，但需負(fù)擔(dān)額外費(fèi)用，如持續(xù)供電和添加菌劑等。

2.2.3 干化技術(shù)

干化技術(shù)即用強(qiáng)化加熱或添加覆蓋物的方法使糞污脫水，進(jìn)行干燥堆肥。圣薩爾瓦多的太陽(yáng)能廁所、我國(guó)農(nóng)村和瑞典普遍使用的糞尿分集式廁所、芬蘭的無(wú)水堆肥馬桶等[41]都是干化技術(shù)的具體應(yīng)用。

表4 收集到糞尿分集式廁所和太陽(yáng)能式廁所的衛(wèi)生學(xué)數(shù)據(jù)共36 份，其中糞尿分集式廁所34 份，太陽(yáng)能廁所2 份。糞尿分集式廁所收集的尿液可以直接或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后利用，收集的糞便被草木灰等易吸收水分的偏堿性物質(zhì)覆蓋進(jìn)行干燥堆肥，可將糞便中的病原體消除[39，49]。糞尿分集式廁所產(chǎn)物的含水率約為30.1%，糞大腸菌值約為1.1×10-2（表4）。實(shí)際應(yīng)用中，糞尿分集式廁所常因?yàn)楣芾砗褪褂糜^念問(wèn)題達(dá)不到預(yù)期效果。此類(lèi)廁所需長(zhǎng)期覆蓋偏堿性覆蓋物，且覆蓋不完全會(huì)導(dǎo)致嗅覺(jué)污染、蚊蟲(chóng)滋生，覆蓋物過(guò)多促進(jìn)病原體滋生[50]，影響糞污無(wú)害化效果。王俊起等[51]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，糞尿分集式廁所建設(shè)運(yùn)行成本低，無(wú)需水沖，可建于寒旱區(qū)[52]，但冬季無(wú)害化處理速度較緩慢[53]，且該類(lèi)廁所改變了用戶如廁習(xí)慣，使用不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)糞污暴露、臭味重等問(wèn)題。

表4 干化技術(shù)在不同廁所類(lèi)型中的糞污處理效果Table 4 Effects of different toilets on the night soil with drying technology

太陽(yáng)能廁所利用太陽(yáng)能集熱板干燥糞便，通過(guò)吸收太陽(yáng)的熱能加速糞便脫水，無(wú)環(huán)境污染[54-55]。太陽(yáng)能廁所脫水效果較好，處理后的糞便含水率可低至0.02%[55]，但CONSTANZE 等[56]的研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能廁所主要受太陽(yáng)紫外線燈安裝位置和當(dāng)?shù)貧夂驐l件影響，易出現(xiàn)溫度低或加熱時(shí)長(zhǎng)不足的情況，影響衛(wèi)生處理效果。楊蘭等[57]發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能板與糞尿分集式廁所結(jié)合對(duì)殺滅蛔蟲(chóng)卵的效果優(yōu)于使用單一技術(shù)的廁所。

干化技術(shù)成熟度中等，無(wú)環(huán)境污染，處理3 個(gè)月以上可產(chǎn)出有機(jī)肥。其中糞尿分集式廁所使用維護(hù)較復(fù)雜，改變了如廁習(xí)慣，處理效果取決于后期使用維護(hù)程度，而太陽(yáng)能廁所主要受外界條件的影響，處理效果不穩(wěn)定。所有糞污處理技術(shù)中成本最低的是干化技術(shù)中的糞尿分集式廁所，其成本可低至每戶100 元[24]，且無(wú)額外資金投入，而太陽(yáng)能廁所的運(yùn)行費(fèi)用比普通廁所低。

2.2.4 熱處理技術(shù)

熱處理是利用熱化學(xué)轉(zhuǎn)化原理將有機(jī)質(zhì)分解為氣體和殘?jiān)倪^(guò)程，無(wú)害化效果好、減量化程度高，但系統(tǒng)較復(fù)雜，存在能耗高、技術(shù)產(chǎn)品投入大以及對(duì)技術(shù)安全性要求高等問(wèn)題，可在特殊環(huán)境下使用。該技術(shù)分為焚燒與熱解兩種處理方式。目前，已有應(yīng)用該技術(shù)的相應(yīng)廁所產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行生產(chǎn)銷(xiāo)售，如使用焚燒原理的CINDI?family 燃燒式馬桶，不僅可以實(shí)現(xiàn)糞尿快速減量化，還可有效處理糞污燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣。該類(lèi)廁所在我國(guó)北京的史家胡同和國(guó)外的部分房車(chē)中已有應(yīng)用，但其生產(chǎn)成本高，且使用過(guò)程中高溫分解技術(shù)的安全性還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

焚燒是利用燃燒過(guò)程中的高溫殺死糞便中的病原微生物和寄生蟲(chóng)等，實(shí)現(xiàn)廁所糞污的減量化，產(chǎn)生的熱量還可用于發(fā)電、干化處理等。Stokes 團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)糞便干化和焚燒的循環(huán)工藝，在供給初始能源后，設(shè)備可對(duì)糞便進(jìn)行干化和焚燒，這一過(guò)程中產(chǎn)生的熱量可用作能源供設(shè)備運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)，不足之處在于該系統(tǒng)較復(fù)雜且成本較高，并需要及時(shí)對(duì)物料進(jìn)行補(bǔ)充[58]。在大規(guī)模社區(qū)，糞便焚燒產(chǎn)生的熱量還可以用于發(fā)電[59]。美國(guó)的“incinolet”電焚燒廁所可以直接將糞便焚燒，定期清理焚燒后的灰燼，此類(lèi)廁所節(jié)水、無(wú)味，適用于特殊極限地區(qū)[40]。

熱解是通過(guò)熱能將糞便分解成可利用的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)。AFOLABI 等[12]應(yīng)用熱解技術(shù)將糞便熱解為尿素和清潔水，可以實(shí)現(xiàn)糞便的減量化和無(wú)害化，但該技術(shù)對(duì)糞便的含水率要求較高，進(jìn)入反應(yīng)器碳化前需要脫水，且水熱碳化過(guò)程對(duì)壓力條件要求苛刻，不易管理，成本高昂，所以目前還沒(méi)有投入市場(chǎng)應(yīng)用。

2.2.5 其他技術(shù)模式

目前針對(duì)污水處理研發(fā)的新技術(shù)有電解技術(shù)[13]、深度處理法[14-16]、超臨界水氧化技術(shù)[60]、濕式氧化技術(shù)[16]等，而作為農(nóng)村生活污水的一部分，廁所糞污在處理過(guò)程中可以借鑒這些新技術(shù)。

電解技術(shù)是在電解條件下去除污染物并產(chǎn)生清潔水的處理方法[13]。目前電解技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)初期[16]，如艾科森太陽(yáng)能循環(huán)水沖生態(tài)廁所（簡(jiǎn)稱Eco-san），該廁所將電解技術(shù)與其他工藝耦合，可實(shí)現(xiàn)污水凈化回用。深度處理法是利用膜的選擇性分離作用和有機(jī)物的特性，實(shí)現(xiàn)糞污與清潔水的分離和污染物降解，產(chǎn)生的清潔水可用于回沖廁所或施入農(nóng)田，如Blue Diversion Toilet，其BAMBi 反應(yīng)器產(chǎn)出的清潔水可滿足沖廁水的要求[14-15]。超臨界水氧化技術(shù)可以使糞污在超臨界水中被快速分解為CO2，產(chǎn)生清潔水，具有效率高、無(wú)嗅覺(jué)污染等優(yōu)點(diǎn)，但需額外供能，成本高[60]。濕式氧化技術(shù)是利用高溫高壓殺滅病原體，將有機(jī)物分解為小分子物質(zhì)，但能耗較高且效果不穩(wěn)定[16]。新型技術(shù)雖提升了資源化、減量化、無(wú)害化的效果，但成本也大大增加。

各類(lèi)廁所糞污處理技術(shù)的差異見(jiàn)表5。當(dāng)前各種處理技術(shù)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題主要包括：①厭氧、好氧等生物處理技術(shù)仍無(wú)法克服用戶舒適度不夠、環(huán)境條件限制等問(wèn)題，在應(yīng)用時(shí)具有局限性；②以糞尿分集式廁所為代表的干化技術(shù)在一定程度上改變了用戶的如廁習(xí)慣，易出現(xiàn)使用不當(dāng)和糞污處理效果不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象；③焚燒、熱解和電解技術(shù)成本過(guò)高，難以應(yīng)用于我國(guó)農(nóng)村地區(qū)；④污水深度處理法未實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，僅單純?nèi)コ廴疚?，使養(yǎng)分物質(zhì)浪費(fèi)；⑤部分技術(shù)因能耗高、處理時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題影響了技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用推廣。因此，在選擇糞污處理技術(shù)時(shí)不能盲目推廣，應(yīng)根據(jù)農(nóng)村實(shí)際情況，因地制宜選擇經(jīng)濟(jì)合理、資源化水平高的處理方案。

表5 各類(lèi)廁所糞污處理技術(shù)比較Table 5 Comparison of disposal techniques of various toilet types on night soil

3 結(jié)論與展望

廁所糞污無(wú)害化處理研究對(duì)農(nóng)村“廁所革命”、資源循環(huán)利用以及農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展具有重要意義，但現(xiàn)階段應(yīng)用的廁所糞污無(wú)害化處理技術(shù)均存在各自的局限性，且無(wú)害化效果因廁所類(lèi)型、使用過(guò)程不同等存在差異。經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在滿足糞污無(wú)害化的前提下，厭氧和好氧發(fā)酵技術(shù)適用地區(qū)廣，成本中等，可直接產(chǎn)出農(nóng)家肥，無(wú)需二次處理，應(yīng)進(jìn)行推廣使用。當(dāng)前，糞污長(zhǎng)期農(nóng)用效果和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)尚不明確，仍需深入研究。新型廁所糞污處理技術(shù)應(yīng)結(jié)合物理、生物、化學(xué)方法，在滿足用戶基本需求和傳統(tǒng)使用習(xí)慣的基礎(chǔ)上，科學(xué)設(shè)計(jì)廁所系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，篩選高效的微生物菌群，選擇適宜技術(shù)工藝及材料，使糞污達(dá)到最大程度的減量化和無(wú)害化。綜合前人的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，未來(lái)農(nóng)村改廁類(lèi)型及糞污處理技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)從以下幾個(gè)角度考慮：

（1）便器設(shè)計(jì)滿足糞尿源頭分離。尿液中幾乎不含致病病原體，養(yǎng)分種類(lèi)和含量也高于糞便，糞尿源頭分離處理可以保證糞便和尿液不被稀釋和互相污染，減少需處理的排水量和污染負(fù)荷，提高處理和利用效率。

（2）沖水設(shè)施應(yīng)節(jié)約水資源。水沖廁所不僅消耗大量水資源，還會(huì)增加后續(xù)處理的工作量，改進(jìn)現(xiàn)有處理方式，通過(guò)真空負(fù)壓、便器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新型材料選用等方式減少用水是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

（3）廁所系統(tǒng)應(yīng)提高如廁舒適度。研發(fā)舒適度高、使用方便、管理簡(jiǎn)單、衛(wèi)生效果好的生態(tài)廁所，科學(xué)選擇技術(shù)產(chǎn)品及材料，使用節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保的處理技術(shù)，開(kāi)展廁屋與便器內(nèi)部、便器與化糞池內(nèi)部雙重隔離結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，避免糞污暴露，減輕廁屋臭味，提高如廁舒適度。

（4）糞污處理工藝應(yīng)最大程度滿足資源化和快速減量化需求。基于糞便中污染物和養(yǎng)分物質(zhì)并存的特性，可嘗試將多種技術(shù)進(jìn)行組合，優(yōu)化處理效果的同時(shí)將污染物分解或轉(zhuǎn)化成養(yǎng)分物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用最大化，科技工作者應(yīng)結(jié)合國(guó)際領(lǐng)先研究，探索新型糞污處理技術(shù)和農(nóng)用技術(shù)。

（5）糞污農(nóng)用效果和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)探明。深入研究糞污農(nóng)田施用效果與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益三方面綜合評(píng)估無(wú)害化處理后的糞污農(nóng)田施用效果和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，指導(dǎo)糞污科學(xué)利用，促進(jìn)農(nóng)村廁所革命的順利推進(jìn)和人居環(huán)境的有效治理。