創制廁所革命與生活污水治理的中國式現代化之路

“小廁所，大民生”，國家對當前農村改廁和生活污水治理問題高度重視。實際上，無論是落後地區還是發達地區都需要開展一場廁所革命。在農村和後發展地區，將生活衛生系統現代化是廁所革命的最迫切需求，最卡脖子的地方是按照目前的常規技術路線實施的成本遠高於資金供給的能力。在城市和發達地區，容易被人們忽視的問題是可持續發展，包括節水、節能、降耗、控污、減碳和資源迴圈，而最卡脖子的地方在於常規技術路線的盡頭是死路。説到底，中國和世界廁所革命在科技上面臨的最大難題是如何顛覆現有的技術模式。在這一方面，中華傳統的廁所文明給我們提供了絕佳的機遇。

一、常規技術路線的前世今生

人類處置自身排泄物的方式深受認知影響。除了以中華為代表的東方文明之外，多數文明僅將人糞尿視為有害的廢物。在這樣的一元認知之下，不管採用什麼樣的如廁方式，人們處置糞尿的方式都是以“排”為手段，以“放”到離自己足夠遠的地方為目的。為了排得方便，放得更遠，並且讓自己的小環境更加美好（潔凈），英國人率先發明用水沖洗和管道輸送糞尿的廁所，並很快在城市富裕階層中推廣，隨之産生了“生活污水”這一新型的生活衛生排放形態。“生活污水”本來是個專業的名詞，是從英語“domestic sewage”翻譯過來，而後者專指“含有糞尿的生活排水”。全世界第一條現代意義的城市下水道是1850年才在倫敦開始修建。在此之前，位於城市高處的富人生活區所排出來的生活污水直接流淌到低處的城市平民區，嚴重污染了作為當時城市主要飲用水源的井水，導致近代歐洲發生數次大的惡性腸道傳染病（傷寒、霍亂等）。然而在普及修建城市下水道之後，大量生活污水的集中排放又導致城市河道污染，人們又不得不發明對生活污水進行處理的技術，以削減其中的污染物質並進行消毒，待水質達到一定的標準後再排放到自然水體。因此，常規技術路線又叫“達標（處理）排放”模式。

必須説明的是，所謂的環境排放標準實際上只是一種技術指標與經濟指標妥協的結果。達標後再排放的方式不僅不可能完全消除污染，還因為污水處理過程産生進一步消耗，不符合全球可持續發展的要求。這就是發達的城市和鄉村也需要開展廁所革命的道理所在。

常規技術路線之所以成本高昂，關鍵不在於廁所（便器）的設置和使用，而在於需要構建和運作收集與處理生活污水的系統。

農村地區的居住密度遠小于城市。如果要採用集中處理的方式，則分攤到每戶或每人頭上的污水收集的成本要遠高於城市。如果採用分散處理的方式，則污水處理設施的建設與運作成本又要遠高於大型集中處理的方式。而僅通過廠站佈局及下水道系統優化不可能從根本上顛覆系統的成本。綜合各地經驗，在我國農村地區按照常規技術開展現代化建設，僅污水收集和處理的投資成本大致為分戶處理~2萬元/戶，或納管處理~3.5萬元/戶；運作成本為分戶處理~500元/(戶·年)，或納管處理~300元/(戶·年)。上述成本在寒冷地區、山區和偏遠地區還要增加。而如果按照我國當前絕大部分地區對農村生活污水治理的投入能力，建設成本必須削減2/3，運維成本需要降低至1/5甚至1/10。

我們從常規技術路線的發展歷程還可以看出，除了便器之外，整個系統都是為了消除人的排泄物對外部的負面影響，一是糞口傳染的致病風險，二是糞尿導致自然水體富營養化的風險。而進一步的污水處理又導致不可持續發展的問題。換句話説，一切的污水處理問題均是由常規的水衝便器所導致。

當一個技術系統主要是為消除因追求個體的方便而導致的對集體的不利影響的時候，可以想像，作為造成這些負外部影響的主體（個人→村莊→地區→國家）都不會很情願地為系統的建設與運作投錢。由此也可以看出，源自西方廁所文明的常規技術路線天生就存在為了個體利益而損害集體利益的的缺陷，會不可避免地導致責任與利益管理的難題。

二、中華田園迴圈文明及其現代化發展需求

與大多數文明不同，中國人很早就建立了對糞尿的二元化認知，既能看到糞尿的污穢屬性，又能看到其作為肥料利用的價值。在化肥可以大量和廉價獲取之前，中國人對包括人糞尿在內的糞肥倍加珍惜，因此從城市到鄉村都自發形成了對糞尿進行收集-（販賣）-利用的價值鏈。在上世紀90年代之前，我國農村幾乎不存在生活污水和生活垃圾的問題，包括糞尿和廚余垃圾在內的幾乎所有的有機廢物最終都回歸農田。少量洗滌廢水主要是通過大地自然凈化和排水。人們不僅不會為污水垃圾治理的高投入而煩惱，還會因糞肥回用獲得額外的經濟效益。

根據上海市環衛部門的檔案記載，建國初上海市區每天産糞2500噸，每天賣糞的收入為5100萬元（當時的幣值），不僅養活了3000個挨家挨戶收集糞便的環衛工人，還支撐了市政環衛系統的運作。這些糞主要通過黃浦江上的糞碼頭，用船運輸到附近包括江浙兩地的農村用於施肥。也就是説，傳統的中國社會僅僅依靠糞尿自身的肥料價值就足以建設與運作一個高效的環境衛生系統，這一系統在相當程度上消除了糞尿對外部的負面影響，並且為減少饑餓作出了巨大貢獻。顯然，中國傳統的田園迴圈實踐代表了前現代人類廁所文明的最高水準，並且在保護環境和促進可持續發展方面具有現代的達標排放模式無可比擬的優勢。實際上，如果僅就理念而言，田園迴圈放在當今都是最先進的思想。

對照現代人對環境衛生的要求，傳統田園迴圈僅有兩個方面的缺點。一是再生利用的糞肥沒有經過無害化處理，存在糞口傳染風險。二是傳統的田園迴圈實踐從如廁到施肥的全過程依賴人力操作，使用和勞動的體驗差。

針對糞肥無害化的問題，中國衛生部門從二十世紀50年代~90年代開展了卓有成效的工作，尤其是組織開發和推廣應用多級儲存式廁所技術，主要有三格式廁所、雙甕式廁所、雙坑交替式廁所等，用極其簡易和低成本的方式有效解決了糞污無害化處理的問題。其對改善我國全民健康的意義不亞於曾經獲得2015年諾貝爾生理學和醫學獎的青蒿素。

由此可見，將中華田園迴圈的文明進行現代化改造只差最後的臨門一腳，就是使如廁和後續勞作的體驗符合現代人要求。後續勞作的內容主要是糞肥的清掏、運輸和施用。相對而言，這些工作利用現代技術進行改造並不困難。因此，基於中華田園迴圈的思想，創制中國式廁所革命之路的技術關鍵在於廁所。

傳統旱廁最大的缺點就是糞尿必須存留在廁具下方，包括視覺和嗅覺在內的審美效果差，因此廁所必須設置在遠離主房的位置，如廁距離遠，保溫防凍困難。而常規水衝廁所必須使用足夠量的水才能將便器衝乾淨。我國市面上銷售的節水型廁所每次沖洗水用量在5-6升，而成年人一次排便的量一般在0.3-0.5升，通過這種方式收集的廁所廢水將糞尿稀釋了十幾倍，幾無肥料利用價值，而且水量大，無法通過普通的三格池或雙甕池進行無害化處理。

儘管西方人發明的常規水衝廁所創造了生活污水這個魔鬼，但毫無疑問，這一發明定義了廁所的現代性，概括起來就是便後有水清潔、糞尿即時排走（遠離生活起居的空間），這是值得我們學習的地方。

綜上所述，開發既符合現代人生活衛生要求，又能保持糞尿肥料利用價值的廁所技術，是創制現代田園迴圈模式的關鍵所在。綜合多方面的因素考慮，只有將水衝廁所的用水量降低到1.5升/次的水準，才能滿足構建現代田園迴圈系統的要求。而常規水衝廁所技術受制于重力排污的原理，已經不可能有這麼大的節水空間。

三、新型微水衝廁所技術與現代田園迴圈系統

很久以來，國內國外的研究者都將廁所革命的技術突破點聚焦到少水衝廁所的開發上，但迄今為止一直沒有找到一種足以在衛生功能、技術簡易性和性價比上撼動常規水衝廁所地位的解決方案。最關鍵的原因在於廁所不同於一般的産品，實現其最基礎的衛生功能的成本必須足夠低廉，且使用起來要足夠皮實，設置和維護的技術要求須足夠低。真空廁所是第一種可以實現微水衝功能的衛生排污技術，主要應用於高鐵和飛機等特殊場合。目前國內有多個廠家在嘗試將這項技術應用到諸如農村生活污水治理的領域。

最近來自中國科學院的科學家提出了一種全新的微水衝衛生排污原理，學名叫“拔風抽吸-微水衝排污”，主要是在便器後方的排污管上設置一個拔風器，當需要沖洗便器時，拔風器同步啟動，通過暫態拔風（運作時長約為0.5秒）所産生的強力抽吸作用增加水的沖刷力，達到用少量水（約1升/次 ）就能完成便器清潔與排污的目的。進入管道的高濃度糞水自流到設置在附近的化糞池進行進一步的處理，因此對管道的設置要求與常規水衝廁所幾乎一樣。

拔風抽吸-微水衝廁所在衛生功能上足以媲美常規水衝廁所，技術簡單，設置容易，成本低廉，雖然需要使用動力，但每戶每年的耗電量僅約3度（可供1萬次衝廁），電費與節約的水費相比幾乎可以忽略。這種廁所還有一個獨特的好處，當出現停電或機電故障時，可以按常規水衝的方式排污，所以不會因偶發事件影響日常用廁。

突破了微水衝廁所技術之後，構建現代田園迴圈模式的問題便迎刃而解。在農村地區，利用新型的微水衝廁所實際上解決了化糞池廁所不能入室的難題。如果不考慮節約用肥，由此所産生的再生肥通過一小塊家庭菜園（約20平方米/戶）就能完全消納。在城市，或者不具備用肥需求的鄉村，可以通過管道或吸糞車將再生的肥料集中起來進行高值利用。實際上這裡蘊含著一種新的商機。

基於同樣的原理還可以開發一種微水衝的廚余垃圾處理器，將廚余垃圾粉碎後用微水衝的方式與糞尿進行合併收集，合併處理，合併利用，從而解決家庭垃圾分類的難題，進一步降低廚房排水中的有機物含量，減輕對其他生活雜排水進行凈化的需求，並提升資源回用效率。

解決了糞尿甚至廚余垃圾的排放與利用，理論上就不再存在生活污水的問題。剩下的生活排水主要是洗衣、洗浴和廚房清洗等的廢水，這部分排水不含糞便，沒有糞口傳染風險，有機物含量也低，通過低成本的方式足以完成凈化排水。在分散居住的農村地區可以利用強化的土壤滲濾等方式完成雜排水的處理，也可以將這種水經過簡單的沉澱處理後用於農田灌溉。在城市或密集居住的鄉村，建議利用既有的雨水排水系統來收集雜排水，然後再根據環境保護需求採取相應的處理措施。通過以上方式可以大大降低衛生排水與污染防治的成本，徹底消除城鄉生活污水處理的難題。

目前，現代田園迴圈的系統已經在江蘇沿海（平原）、河南登封（丘陵）、新疆塔城（極寒）、西藏高原以及南方山地進行了工程化應用，最長的應用超過4年。與現有的污水處理模式相比，建設成本可降低70%，運維成本降低90%。由於大幅降低了污水收集處理的需求，應用現代田園迴圈模式還可使每人每年減排二氧化碳160公斤。另外，現代田園迴圈模式通過回收有機肥替代化肥，可顯著增加土壤碳匯，降低農業面源污染，改善農産品品質。

附圖是在贛州市上猶縣的應用案例。目前該縣已在四個鄉鎮、7個村進行試點應用，不僅得到農業農村和生態環境部門的肯定，而且因為改廁效果好，收到當地農民的歡迎。

四、結論與建議

基於中華田園迴圈的廁所文明，運用微水衝管道排污技術可以構建現代田園迴圈的技術系統，突破中國和世界廁所革命的難題，尤其適合我國當前的農村改廁和污水治理。建議國家參照新能源汽車的相關政策，從降低城鄉人居環境治理成本、促進可持續發展和佈局行業科技升級的角度，通過系統性的政策和管理措施，消除顛覆性技術應用的障礙，鼓勵應用和發展現代田園迴圈模式。（中國科學院生態環境研究中心：范彬）

本文涉及的現代田園迴圈的示範工程得到贛州市上猶生態環境局、如皋市住房和城鄉建設局、灌南縣李集鎮、新疆建設兵團9師、西藏加查縣香木村等的支援。本文的研究工作得到江西省重點研發計劃揭榜挂帥項目（編號：20223BBF61019）和山東省重點研發計劃（鄉村振興科技創新提振行動計劃）項目（編號：2023TZXD022）的支援。（推廣）