创制厕所革命与生活污水治理的中国式现代化之路

“小厕所，大民生”，国家对当前农村改厕和生活污水治理问题高度重视。实际上，无论是落后地区还是发达地区都需要开展一场厕所革命。在农村和后发展地区，将生活卫生系统现代化是厕所革命的最迫切需求，最卡脖子的地方是按照目前的常规技术路线实施的成本远高于资金供给的能力。在城市和发达地区，容易被人们忽视的问题是可持续发展，包括节水、节能、降耗、控污、减碳和资源循环，而最卡脖子的地方在于常规技术路线的尽头是死路。说到底，中国和世界厕所革命在科技上面临的最大难题是如何颠覆现有的技术模式。在这一方面，中华传统的厕所文明给我们提供了绝佳的机遇。

一、常规技术路线的前世今生

人类处置自身排泄物的方式深受认知影响。除了以中华为代表的东方文明之外，多数文明仅将人粪尿视为有害的废物。在这样的一元认知之下，不管采用什么样的如厕方式，人们处置粪尿的方式都是以“排”为手段，以“放”到离自己足够远的地方为目的。为了排得方便，放得更远，并且让自己的小环境更加美好（洁净），英国人率先发明用水冲洗和管道输送粪尿的厕所，并很快在城市富裕阶层中推广，随之产生了“生活污水”这一新型的生活卫生排放形态。“生活污水”本来是个专业的名词，是从英语“domestic sewage”翻译过来，而后者专指“含有粪尿的生活排水”。全世界第一条现代意义的城市下水道是1850年才在伦敦开始修建。在此之前，位于城市高处的富人生活区所排出来的生活污水直接流淌到低处的城市平民区，严重污染了作为当时城市主要饮用水源的井水，导致近代欧洲发生数次大的恶性肠道传染病（伤寒、霍乱等）。然而在普及修建城市下水道之后，大量生活污水的集中排放又导致城市河道污染，人们又不得不发明对生活污水进行处理的技术，以削减其中的污染物质并进行消毒，待水质达到一定的标准后再排放到自然水体。因此，常规技术路线又叫“达标（处理）排放”模式。

必须说明的是，所谓的环境排放标准实际上只是一种技术指标与经济指标妥协的结果。达标后再排放的方式不仅不可能完全消除污染，还因为污水处理过程产生进一步消耗，不符合全球可持续发展的要求。这就是发达的城市和乡村也需要开展厕所革命的道理所在。

常规技术路线之所以成本高昂，关键不在于厕所（便器）的设置和使用，而在于需要构建和运行收集与处理生活污水的系统。

农村地区的居住密度远小于城市。如果要采用集中处理的方式，则分摊到每户或每人头上的污水收集的成本要远高于城市。如果采用分散处理的方式，则污水处理设施的建设与运行成本又要远高于大型集中处理的方式。而仅通过厂站布局及下水道系统优化不可能从根本上颠覆系统的成本。综合各地经验，在我国农村地区按照常规技术开展现代化建设，仅污水收集和处理的投资成本大致为分户处理~2万元/户，或纳管处理~3.5万元/户；运行成本为分户处理~500元/(户·年)，或纳管处理~300元/(户·年)。上述成本在寒冷地区、山区和偏远地区还要增加。而如果按照我国当前绝大部分地区对农村生活污水治理的投入能力，建设成本必须削减2/3，运维成本需要降低至1/5甚至1/10。

我们从常规技术路线的发展历程还可以看出，除了便器之外，整个系统都是为了消除人的排泄物对外部的负面影响，一是粪口传染的致病风险，二是粪尿导致自然水体富营养化的风险。而进一步的污水处理又导致不可持续发展的问题。换句话说，一切的污水处理问题均是由常规的水冲便器所导致。

当一个技术系统主要是为消除因追求个体的方便而导致的对集体的不利影响的时候，可以想象，作为造成这些负外部影响的主体（个人→村庄→地区→国家）都不会很情愿地为系统的建设与运行投钱。由此也可以看出，源自西方厕所文明的常规技术路线天生就存在为了个体利益而损害集体利益的的缺陷，会不可避免地导致责任与利益管理的难题。

二、中华田园循环文明及其现代化发展需求

与大多数文明不同，中国人很早就建立了对粪尿的二元化认知，既能看到粪尿的污秽属性，又能看到其作为肥料利用的价值。在化肥可以大量和廉价获取之前，中国人对包括人粪尿在内的粪肥倍加珍惜，因此从城市到乡村都自发形成了对粪尿进行收集-（贩卖）-利用的价值链。在上世纪90年代之前，我国农村几乎不存在生活污水和生活垃圾的问题，包括粪尿和厨余垃圾在内的几乎所有的有机废物最终都回归农田。少量洗涤废水主要是通过大地自然净化和排水。人们不仅不会为污水垃圾治理的高投入而烦恼，还会因粪肥回用获得额外的经济效益。

根据上海市环卫部门的档案记载，建国初上海市区每天产粪2500吨，每天卖粪的收入为5100万元（当时的币值），不仅养活了3000个挨家挨户收集粪便的环卫工人，还支撑了市政环卫系统的运作。这些粪主要通过黄浦江上的粪码头，用船运输到附近包括江浙两地的农村用于施肥。也就是说，传统的中国社会仅仅依靠粪尿自身的肥料价值就足以建设与运行一个高效的环境卫生系统，这一系统在相当程度上消除了粪尿对外部的负面影响，并且为减少饥饿作出了巨大贡献。显然，中国传统的田园循环实践代表了前现代人类厕所文明的最高水准，并且在保护环境和促进可持续发展方面具有现代的达标排放模式无可比拟的优势。实际上，如果仅就理念而言，田园循环放在当今都是最先进的思想。

对照现代人对环境卫生的要求，传统田园循环仅有两个方面的缺点。一是再生利用的粪肥没有经过无害化处理，存在粪口传染风险。二是传统的田园循环实践从如厕到施肥的全过程依赖人力操作，使用和劳动的体验差。

针对粪肥无害化的问题，中国卫生部门从二十世纪50年代~90年代开展了卓有成效的工作，尤其是组织开发和推广应用多级储存式厕所技术，主要有三格式厕所、双瓮式厕所、双坑交替式厕所等，用极其简易和低成本的方式有效解决了粪污无害化处理的问题。其对改善我国全民健康的意义不亚于曾经获得2015年诺贝尔生理学和医学奖的青蒿素。

由此可见，将中华田园循环的文明进行现代化改造只差最后的临门一脚，就是使如厕和后续劳作的体验符合现代人要求。后续劳作的内容主要是粪肥的清掏、运输和施用。相对而言，这些工作利用现代技术进行改造并不困难。因此，基于中华田园循环的思想，创制中国式厕所革命之路的技术关键在于厕所。

传统旱厕最大的缺点就是粪尿必须存留在厕具下方，包括视觉和嗅觉在内的审美效果差，因此厕所必须设置在远离主房的位置，如厕距离远，保温防冻困难。而常规水冲厕所必须使用足够量的水才能将便器冲干净。我国市面上销售的节水型厕所每次冲洗水用量在5-6升，而成年人一次排便的量一般在0.3-0.5升，通过这种方式收集的厕所废水将粪尿稀释了十几倍，几无肥料利用价值，而且水量大，无法通过普通的三格池或双瓮池进行无害化处理。

尽管西方人发明的常规水冲厕所创造了生活污水这个魔鬼，但毫无疑问，这一发明定义了厕所的现代性，概括起来就是便后有水清洁、粪尿即时排走（远离生活起居的空间），这是值得我们学习的地方。

综上所述，开发既符合现代人生活卫生要求，又能保持粪尿肥料利用价值的厕所技术，是创制现代田园循环模式的关键所在。综合多方面的因素考虑，只有将水冲厕所的用水量降低到1.5升/次的水平，才能满足构建现代田园循环系统的要求。而常规水冲厕所技术受制于重力排污的原理，已经不可能有这么大的节水空间。

三、新型微水冲厕所技术与现代田园循环系统

很久以来，国内国外的研究者都将厕所革命的技术突破点聚焦到少水冲厕所的开发上，但迄今为止一直没有找到一种足以在卫生功能、技术简易性和性价比上撼动常规水冲厕所地位的解决方案。最关键的原因在于厕所不同于一般的产品，实现其最基础的卫生功能的成本必须足够低廉，且使用起来要足够皮实，设置和维护的技术要求须足够低。真空厕所是第一种可以实现微水冲功能的卫生排污技术，主要应用于高铁和飞机等特殊场合。目前国内有多个厂家在尝试将这项技术应用到诸如农村生活污水治理的领域。

最近来自中国科学院的科学家提出了一种全新的微水冲卫生排污原理，学名叫“拔风抽吸-微水冲排污”，主要是在便器后方的排污管上设置一个拔风器，当需要冲洗便器时，拔风器同步启动，通过瞬时拔风（运行时长约为0.5秒）所产生的强力抽吸作用增加水的冲刷力，达到用少量水（约1升/次 ）就能完成便器清洁与排污的目的。进入管道的高浓度粪水自流到设置在附近的化粪池进行进一步的处理，因此对管道的设置要求与常规水冲厕所几乎一样。

拔风抽吸-微水冲厕所在卫生功能上足以媲美常规水冲厕所，技术简单，设置容易，成本低廉，虽然需要使用动力，但每户每年的耗电量仅约3度（可供1万次冲厕），电费与节约的水费相比几乎可以忽略。这种厕所还有一个独特的好处，当出现停电或机电故障时，可以按常规水冲的方式排污，所以不会因偶发事件影响日常用厕。

突破了微水冲厕所技术之后，构建现代田园循环模式的问题便迎刃而解。在农村地区，利用新型的微水冲厕所实际上解决了化粪池厕所不能入室的难题。如果不考虑节约用肥，由此所产生的再生肥通过一小块家庭菜园（约20平方米/户）就能完全消纳。在城市，或者不具备用肥需求的乡村，可以通过管道或吸粪车将再生的肥料集中起来进行高值利用。实际上这里蕴含着一种新的商机。

基于同样的原理还可以开发一种微水冲的厨余垃圾处理器，将厨余垃圾粉碎后用微水冲的方式与粪尿进行合并收集，合并处理，合并利用，从而解决家庭垃圾分类的难题，进一步降低厨房排水中的有机物含量，减轻对其它生活杂排水进行净化的需求，并提升资源回用效率。

解决了粪尿甚至厨余垃圾的排放与利用，理论上就不再存在生活污水的问题。剩下的生活排水主要是洗衣、洗浴和厨房清洗等的废水，这部分排水不含粪便，没有粪口传染风险，有机物含量也低，通过低成本的方式足以完成净化排水。在分散居住的农村地区可以利用强化的土壤渗滤等方式完成杂排水的处理，也可以将这种水经过简单的沉淀处理后用于农田灌溉。在城市或密集居住的乡村，建议利用既有的雨水排水系统来收集杂排水，然后再根据环境保护需求采取相应的处理措施。通过以上方式可以大大降低卫生排水与污染防治的成本，彻底消除城乡生活污水处理的难题。

目前，现代田园循环的系统已经在江苏沿海（平原）、河南登封（丘陵）、新疆塔城（极寒）、西藏高原以及南方山地进行了工程化应用，最长的应用超过4年。与现有的污水处理模式相比，建设成本可降低70%，运维成本降低90%。由于大幅降低了污水收集处理的需求，应用现代田园循环模式还可使每人每年减排二氧化碳160公斤。另外，现代田园循环模式通过回收有机肥替代化肥，可显著增加土壤碳汇，降低农业面源污染，改善农产品品质。

附图是在赣州市上犹县的应用案例。目前该县已在四个乡镇、7个村进行试点应用，不仅得到农业农村和生态环境部门的肯定，而且因为改厕效果好，收到当地农民的欢迎。

四、结论与建议

基于中华田园循环的厕所文明，运用微水冲管道排污技术可以构建现代田园循环的技术系统，突破中国和世界厕所革命的难题，尤其适合我国当前的农村改厕和污水治理。建议国家参照新能源汽车的相关政策，从降低城乡人居环境治理成本、促进可持续发展和布局行业科技升级的角度，通过系统性的政策和管理措施，消除颠覆性技术应用的障碍，鼓励应用和发展现代田园循环模式。（中国科学院生态环境研究中心：范彬）

本文涉及的现代田园循环的示范工程得到赣州市上犹生态环境局、如皋市住房和城乡建设局、灌南县李集镇、新疆建设兵团9师、西藏加查县香木村等的支持。本文的研究工作得到江西省重点研发计划揭榜挂帅项目（编号：20223BBF61019）和山东省重点研发计划（乡村振兴科技创新提振行动计划）项目（编号：2023TZXD022）的支持。（推广）