厕所是衡量文明的重要标志, “厕所革命”最早由联合国儿童基金会提出, 旨在通过厕所改造, 改善发展中国家人民的卫生、健康和环境条件^[1]。长期以来, 农村厕所问题困扰着我们的主要有3个方面。首先, 厕所环境是体现城乡差距的关键。改善农村厕所环境状况, 可以改变农村面貌, 从而缩小其和城市的距离。其次, 农村地区80%的传染病是由厕所粪便污染和饮水不卫生引起的, 农村人畜排泄物的管理不善带来的卫生问题直接影响了农村居民的健康状况。最后, 农村水环境污染主要是由厕所排放造成的, 厕所污水中TN、TP占农村污水污染物负荷的80%以上^[2]。因此, 尽快改善农村厕所环境面貌, 解决农村卫生问题, 减少水环境污染状况, 对于改善农民生活品质具有不言而喻的重要性^[3]。

党和国家领导人高度重视农村厕所革命。2018年1月2日, 中共中央国务院出台了“关于实施乡村振兴战略的意见”;坚持不懈推进农村“厕所革命”, 大力开展农村卫生厕所建设改造。2018年2月5日, 中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《农村人居环境整治三年行动方案》, 大力推进农村基础设施建设和城乡公共服务均等化。

为了推动农村厕所革命, 相关学者也开展了研究。范彬等^[4]提出在厕所革命中应推广以源头资源化为主、末端处理为辅的综合治理模式;刘新等^[1]开展了基于“厕所革命”的生态型厕所设计系统创新的研究。上述研究在污水治理模式和资源化利用方面取得了进展, 但我国农村“厕所革命”尚处于起步阶段, 农村的基础设施等条件与城市显著不同, 且也存在地区发展水平、地域分布和农民意愿不同等情况, 因此“厕所革命”改造模式必须与之适应磨合。本研究旨在通过对中部某县农村地区专项规划的实践, 探索适合我国的农村“厕所革命”技术路线, 为农村“厕所革命”的顺利实施提供技术支持和理论指导。

2018年2月5日, 中共中央办公厅、国务院办公厅在印发的《农村人居环境整治三年行动方案》中提出:对于中西部有基础、具备基本条件的地区, 提升人民生活环境质量, 力争实现卫生厕所普及率达到85%左右, 管控生活污水乱排问题, 重点推进农村厕所粪污治理任务。

2017年12月31日, 中部某省人民政府印发了《某省“厕所革命”三年攻坚行动计划 (2018～2020年) 》, 具体推进“厕所革命”, 作为乡村振兴战略的重要一环。要求通过3年改造, 新建全省200万户农户无害化厕所、改造提升130万户农户厕所以及25 063座农村公共厕所, 到2020年全省农村无害化厕所普及率达到100%。

中部某县位于该省东北部大别山南麓、长江上中游北岸、鄂豫两省交界处。全县为半山半丘陵地区, 东北部为山区地貌, 山脉属大别山支脉, 走向自北而南, 分布在东、西、北3面。该县总面积1 796km², 行政区划内管辖13个乡镇 (场) , 396个行政村, 3 814个村民小组。2017年底全县总人口70.07万人, 常住人口65.74万人, 城镇人口11.85万人, 城镇化率达到41.3%。耕地面积60.6万亩 (1亩≈667m²) , 人均耕地面积0.92亩, 是一个典型的山区农业县。

为全面了解该县农村厕所建设基本情况, 项目组开展了问卷调查工作;以自然村为统计单元, 采取农村走访和村干部现场填表的方式, 共完成调查问卷3 348份, 覆盖全县13个乡镇 (场) 、行政村368个、自然村3 348个。调查结果如下:

(1) 农村公厕情况。该县各乡镇内农村公厕覆盖率如图1所示。

根据图1, 该县各乡镇的公厕覆盖率平均为86.5%, 其中最低为70.3%, 最高为97.8%, 覆盖率相对较高。

该县各村公厕建设数量分布情况如图下:县有1座公厕的自然村占50%, 有2座公厕的占22%, 有3座公厕的占9%, 有4座及以上公厕的占7%, 另外有12%自然村没有公厕。该县的农村公厕中, 旱厕所占比例如图2所示。

根据图2, 该县公厕中, 旱厕平均占比达94%;除乡镇1是风景区, 旱厕比例较低外, 其他乡镇旱厕的比例均在80%以上, 其中超过94%的有7个乡镇。

(2) 农户户厕情况。全县共有农村户厕10.1万座, 其中水厕80 007座, 占79%;旱厕20 782座, 占21%。某些乡镇水冲厕所的普及率可高达87%。

(3) 村庄污水收集处理系统覆盖情况。调查显示, 该县仅有10%的自然村中建有污水收集处理系统;从各镇的分布情况来看, 污水收集处理系统覆盖率最高可达28%, 最低仅为1%。

(4) 农户粪肥利用意愿, 如图3所示。

根据图3, 该县仅有46%的自然村有粪肥利用意向。现场调研也发现, 除少量农户粪便作为肥料使用外, 大部分粪便被倾倒进入了附近的池塘、河渠等。

根据现场调研情况, 对照国家和省市对该县厕所革命的目标任务要求, 可以发现; (1) 该县公厕虽然数量多且覆盖率高, 但以旱厕为主, 不能满足卫生和无害化的要求, 因此改造重点在于旱厕改无害化卫生厕所; (2) 农村户厕状况与之相反, 冲水厕所居多, 满足了无害化的要求, 然而污水收集处理系统覆盖率过低, 不能保证用水卫生和防止水体污染。

因此, 规划实践应首先确定适用的无害化卫生厕所技术和合理的农村污水收集处理模式, 因地制宜把治理与资源化结合、集中与分散处理工艺结合、低成本与高效率结合, 并且发挥农户粪肥利用自主性和积极性, 从而提高污水资源化、无害化、减量化的治理水平。

无害化卫生厕所是指按照规范要求使用时, 可有效降低粪便中生物性致病因子传染性的卫生厕所。常用的无害化厕所技术如表1所示, 其按收集模式可分为3类:新型粪尿分集式生态旱厕、三格化粪池式简易水冲厕所和有排水系统的水冲式厕所^[5]。

新型粪尿分集式生态旱厕是针对粪尿不同性质, 粪尿分开收集处理, 处理后的粪尿直接送往堆肥场制造有机肥。与传统旱厕相比, 新型粪尿分集式生态旱厕, 能减少尿液中的氨与粪便中的硫化氢等混合发酵, 造成厕所的恶臭, 并能预防和控制传染病^[10]。

三格化粪池设计的基本原理是利用粪尿混合液的沉淀作用及密闭厌氧发酵过程, 以及生物拮抗原理除去病菌及有害微生物, 从而抑制蚊蝇滋生, 以达到粪便无害化的目的^[11]。

水冲厕坐便器均设在室内卫生间, 瓷砖地面和墙裙, 无蝇、无蛆、无臭, 卫生状况良好^[12]。最适应农村房屋的新建以及新农村建设的开展的状况, 在完美达成无害化目标的同时, 采取不同污水处理模式和工艺即可适应不同状况。

我国农村污水的水质水量相比较于城镇污水具有明显的差异。从水质上来说, 农村生活污水一般为日常生活产生的废水, 不含工业废水, 水质情况较为稳定。而从水量来说, 农村生活污水产生量小, 也因村民居住地和排放口均较为分散, 接管进户难度大。水量产生随机性大, 通常在饭点时存在水量排放高峰值, 夜晚基本无污水产生, 变化幅度较大^[13]。因此, 农村污水处理模式技术与城镇有着较大的差异, 亟需结合实际情况配用因地制宜的污水处理技术。适用于我国农村实际情况污水处理的主要技术有人工湿地、土壤渗滤、稳定塘、厌氧消化、生物滤池等基本处理技术^[14], 然而简单的单一处理技术无法满足农村污水处理的功能性和实施性, 当应采取多种技术结合的污水处理耦合工艺。

(1) 太阳能驱动一体化生物膜污水处理设备。工艺流程:污水→化粪池→强化厌氧→太阳能驱动一体化生物膜设备→出水。将太阳能光电技术引入生物膜处理系统, 构建了太阳能驱动一体化生物膜反应器用来解决污水处理设备对常规电能的依赖。工艺节能、运行较为简单, 运行费用低, 便于施工安装, 但需专业人员进行维护, 适用于运行费用不足、不便架设常规电源的地区。

(2) 人工湿地处理技术与厌氧处理、兼性好氧技术等相结合的组合式工艺。人工湿地与景观集成处理技术。工艺流程:污水→沉淀池→厌氧池→过滤和兼性厌氧池→人工湿地→出水。管理简单、基本无运行费用、维护成本低、运行稳定、出水质量好、环境美观。定期清捞、人工湿地定期更换填料。

(3) 强化厌氧+生态滤池+亚表层促渗工艺。工艺流程:污水→化粪池/强化厌氧→生态滤池→亚表层促渗→出水。亚表层渗滤是地下渗滤技术, 对浅层地表土进行了更换或改进。无需水冲, 体现了粪便减量化、无害化和资源化的理念。需有覆盖料来源, 需解决粪尿肥利用问题。适用于年平均气温高于0℃的南方地区, 冬季应采取措施, 防止池体结冰, 影响处理效果。

(4) 分段进水一体化生物膜+生态滤池。工艺流程如下:污水→化粪池→分段进水跌水充氧生物膜→生态滤池→出水。将分段进水与生物膜法结合, 利用缺氧/好氧交替循环达到脱氮效果。利用高差通过跌水方式进行充氧, 有效节省电耗。具有投资费用低、运行施工简单、无需消耗动力。需定期检查及时疏通、需找相关人员维修、需每年对植物进行收割。适用于分散式污水处理, 特别是对于山地、丘陵地区。

(5) 家庭化粪池+土地渗滤处理。工艺流程:污水→室外地下化粪池→地面上渗滤管网→附近土壤中渗透→出水。处理效果较好, 投资费用省, 无能耗, 运行费用很低, 维护管理简便。污染负荷低、占地面积较大, 设计不当容易堵塞, 易污染地下水。适用于有条件建设较大面积处理设施的单户或多户农村地区。

对上述5类工艺进行比选得知:从节能环境方面考虑, 低能耗的是太阳能驱动一体化生物膜污水处理设备。而人工湿地与景观集成处理技术属于低成本、低维护。从资源回收利用和减量化角度看比较好的是强化厌氧+生态滤池+亚表层促渗综合效果好, 维护简单的是家庭化粪池+土地渗滤处理系统。最后特别适用于中部丘陵地带的是分段进水一体化生物膜+生态滤池系统。

应对公厕无害化覆盖的问题, 在原有旱厕的基础上, 新增大量无害化公厕以覆盖全县农村地区满足基本需求。在3年计划中, 2018～2020年, 该县规划新建无害化农村公厕401座, 每个行政村1座。全县农户厕所无害化拟改造总数为7.14万座。靠近城区、镇区且地形具备条件的村塆, 采取原水冲厕模式, 优先考虑采用城镇统一处理模式, 实现厕所无害化治理。而连片村庄环境综合整治工程、流域水环境综合治理、水源地治理、乡村示范点建设项目涉及的农村, 在水冲厕的基础上, 采用污水排放考虑采用排入农村处理设施采取集中处理模式, 实现厕所无害化治理。

对于无法采用城镇统一处理、农村集中处理的农户, 采用三格化粪池厕所模式。三格化粪池厕所无害化效果好, 基本能满足无害化需求, 低成本和易维护的效益良好, 粪便处理后可回用农田, 可有效降低后续处理单元的有机污染负荷, 做到资源化和减量化的结合。

针对农村生活污水的特点, 在处理模式选择时应充分考虑农村的经济水平, 地形地势, 所处的地理位置以及管理水平, 对该县采取集中与分散处理模式相结合的方法, 以期达到因地制宜、投资少、运行管理方便、所需费用少等效果。规划的建设思路如下。

城镇统一处理:靠近城区、镇区且地形具备条件的村庄, 粪便污水通过管网收集集中到污水处理厂进行处理。适用于靠近城市距离管网较近、经济基础较好具备转变集中治污条件、符合接入管网要求的村庄地区采用。该模式对地势及管网施工条件、污水处理厂处理规模等都有较高的要求^[15]。

村塆集中处理:部分远离镇区、处于水源保护地、交通干线、重要景区、示范区且住户较为集中的居民点, 以小规模污水集中处理为主建设污水处理站。适用于距离市政管网较远却拥有良好的污水收集条件的农村集聚区。在管网铺设过程中对于地形地势要求很大, 需对集中处理终端终端选址谨慎处理^[14]。

单户或多户联合处理:无法接入城镇管网、村塆管网, 散居农户或距离较近的聚居农户, 采用单户独立或几户联合就地处理粪便污水的建设模式。适用于农村规模小且村户布局散、地形条件复杂使得污水不易集中收集的地区采用。该处理模式具有布局有针对性、施工运营方便、处理水质有保障等特点^[15]。

其中采用城镇统一处理模式的1.31万座、采用村塆集中处理模式的0.42万座、采用单户或多户化粪池处理模式的5.41万座, 分别占总数的18%、6%和76%。

在规划实践中, 遇到了无害化改厕模式细化、污水治理工艺结合实际、保障运营管理机制问题, 针对现状问题进行深入思考和探讨。

(1) 因地制宜合理选择改厕模式。在农村改厕过程中, 根据自然地理、经济水平和人民期盼, 科学确定整治目标任务, 因地制宜建立不同类型的无害化卫生厕所示范村户, 示范的户厕建设应严格按标准建造, 取得成功的模式后再扩大, 有利于提高卫生厕所的建造质量, 验证改厕模式的成功性, 避免不必要的失误^[16]。举办农村改厕技术经验交流会, 使参加人员切实掌握卫生厕所无害化的原理, 集中力量解决突出问题, 提出可操作、可落地的措施与建议, 以便大面积推广。

(2) 农村生活污水治理与资源化的结合治理。各地在开展厕所粪污治理的工作中, 将厕所粪污在处理过程中资源化利用。结合实际采用治理与利用结合、工程与生态结合、集中与分散结合的处理模式, 解决粪污在生活—生产—生态系统中的循环利用问题。在大力持续推进村塆污水集中处理后续建设同时, 也要积极引进、推广小规模污水分散处理模式与处理技术, 使之与集中处理模式相辅相成^[18]。率先了解村庄污染特点的情况下, 采用最合适本地实际的污水处理工艺, 既尽力而为又量力而行, 效益与生态并重, 实现可持续发展^[14]。

(3) 建立长效运营管理保障机制。坚持先建机制、后建工程, 建立部门、乡镇与村的明细责任和绩效考评制度, 在统一领导下, 确定一个部门主抓主推并明确责任权力^[19];推进投融资体制机制和建设管护机制创新, 设立“农村生活污水治理和运维专项资金, 建立“以市场化运营为主、政府适度补贴为辅”的运行机制, 积极推广专业治污公司与当地保洁运维相结合的治理模式。

根据中部某县农村地区现状特点, 结合农村厕所环境整治相关要求, 统筹考虑农村地区厕所管理维护政策、资源化利用、经济发展水平和地理自然条件等因素, 进行了农村地区无害化厕所改厕、农村污水处理模式和技术工艺规划, 对我国中部地区农村厕所革命模式与标准规划进行了一定的经验积累和研究探索, 为今后农村厕所革命发展提出以下指导性意见。

(1) 考虑农村地区实际因素, 依照当地无害化卫生厕所标准建设模式进行分类指导建设。

(2) 结合城乡污水治理专项规划示范先行, 持续推进农村污水处理设施建设, 削减人、畜粪污污染的同时资源化利用。

(3) 坚持先建机制、后建工程, 探索规模化运营机制, 形成布局合理、入厕便捷、群众认可的农村厕所系统, 确保建成并长期稳定运行。