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(lái)，政府已就“農(nóng)村廁所改造”問(wèn)題做出眾多批示，可見(jiàn)其重要性和迫切性。

習(xí)近平總書(shū)記也多次在全國(guó)會(huì)議中強(qiáng)調(diào)廁所問(wèn)題在城鄉(xiāng)文明建設(shè)中的重要性?！笆奈濉币?guī)劃中提出了關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興，推動(dòng)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的意見(jiàn);其中指出要根據(jù)各地區(qū)實(shí)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(jiàn)中同時(shí)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?，F(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(guó)各地; 但是針對(duì)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(wú)害化處理不佳等問(wèn)題，阻礙這些地區(qū)農(nóng)村改廁進(jìn)程。

本研究通過(guò)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(wèn)題，在現(xiàn)有糞尿分集式廁所基礎(chǔ)上，因地制宜地設(shè)計(jì)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(xiàng)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(guó)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(zhǎng)。在我國(guó)尚無(wú)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(diǎn)，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(guó)外劃分標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)北方寒地地區(qū)將囊括更多城市。

1．2 農(nóng)村廁所改造類(lèi)型

現(xiàn)階段農(nóng)村旱廁改造類(lèi)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(lèi)[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(lèi)型均為水沖型廁所。“三格化糞池式廁所”通過(guò)糞污在化糞池密閉條件下的無(wú)氧發(fā)酵達(dá)到無(wú)害化目的，應(yīng)用較廣泛，造價(jià)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(wú)法覆蓋的地區(qū)，改廁成本為每戶(hù)5 000 元左右，嚴(yán)寒地區(qū)花費(fèi)甚至達(dá)到1 萬(wàn)元。“雙翁漏斗式廁所”裝置小巧，防污防蟲(chóng)效果好，但施工技術(shù)要求高，清掏困難?！叭?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(yáng)能采暖房、牲畜舍、果樹(shù)種植等相結(jié)合的五位一體有機(jī)生態(tài)模式?！半p坑交替式廁所”需設(shè)置兩個(gè)交替使用的儲(chǔ)糞池，撒土覆蓋糞污以實(shí)現(xiàn)糞污脫水干燥，無(wú)氧發(fā)酵;通常單個(gè)儲(chǔ)糞池糞污堆滿并發(fā)酵半年后可產(chǎn)生有機(jī)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(wèn)題，現(xiàn)在主要推廣于內(nèi)蒙古地區(qū)?！巴暾滤浪疀_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(guò)無(wú)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(dòng)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(wèn)題剖析

1) 冬季冰凍期長(zhǎng)，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(zhǎng)達(dá)8 個(gè)月之久，氣溫最低甚至可能達(dá)到-40 ℃左右。漫長(zhǎng)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(wú)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(guò)生化作用極易改變?cè)行再|(zhì)而產(chǎn)生二次污染，使得旱廁環(huán)境臭氣熏天，蒼蠅蟲(chóng)卵隨處可見(jiàn)，對(duì)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(jī)制較為復(fù)雜，防治起來(lái)也相對(duì)困難，是糞便無(wú)害化處理的棘手問(wèn)題。

3) 村民環(huán)保意識(shí)薄弱，中堅(jiān)勞動(dòng)力缺失。目前，北方寒地農(nóng)村老齡化相對(duì)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(duì)傳統(tǒng)露天旱廁的危害性認(rèn)識(shí)不足，環(huán)保意識(shí)相對(duì)薄弱，對(duì)于改廁工作大多呈猶豫甚至拒絕態(tài)度。且因青壯年勞動(dòng)力呈外流趨勢(shì)，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(fèi)少，對(duì)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(guò)程中所產(chǎn)生的成本、建造、運(yùn)行、維護(hù)等均需要額外費(fèi)用，這對(duì)本身處于經(jīng)濟(jì)弱勢(shì)的村民而言著實(shí)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(shí)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(jì)

2．1 家用改進(jìn)式糞尿分集旱廁設(shè)計(jì)

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(jiǎn)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(jiǎn)易投料、資源化利用等優(yōu)點(diǎn)，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(chǔ)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(duì)應(yīng)的儲(chǔ)糞池和蓄尿箱對(duì)糞尿進(jìn)行收集和無(wú)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(wú)害化處理后還田，而幾乎不含病原體的尿液只需簡(jiǎn)單過(guò)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(jiàn)的一種形式。如圖2 所示，主房往往退后布置，其南向留出開(kāi)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(zhēng)取更充足的南向太陽(yáng)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(jì)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(jì)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(shí)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(guò)過(guò)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(hù)日常生活所需。該循環(huán)能夠在庭院內(nèi)部實(shí)現(xiàn)廢棄資源再利用，簡(jiǎn)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(chǔ)糞池脫水干燥后可直接還田，還可以統(tǒng)一運(yùn)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(jī)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(jì)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(hù)促產(chǎn)促銷(xiāo)，實(shí)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(wú)臭無(wú)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(jì)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(shí)節(jié)省了大量的水資源，對(duì)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(lèi)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(shí)，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(lái)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(lèi)可控碳源，其中糞污資源無(wú)害化處理產(chǎn)生有機(jī)肥料、沼氣等能源，用以補(bǔ)償煤炭能源及農(nóng)田化肥的資源投入，實(shí)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(shí)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(jì)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(jiǎn)單，易于推廣。盡管旱廁改造需要花費(fèi)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(fèi)支出，還能夠?qū)崿F(xiàn)資源的循環(huán)利用，實(shí)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(jī)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(xiàng)能夠帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)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(jì)水平的提高同時(shí)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(dòng)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(shí)因素，導(dǎo)致現(xiàn)有改廁存在許多問(wèn)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(fèi)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(duì)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(shí)現(xiàn)糞尿分離，減少水資源利用及污水處理費(fèi)用，且將糞污資源無(wú)害化再利用，不僅切實(shí)解決北方寒地如廁難的問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村人居環(huán)境改善，為農(nóng)戶(hù)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(hù)養(yǎng)殖業(yè)、沼氣池、豐富太陽(yáng)能資源、太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)資源的生態(tài)循環(huán)利用。