北方寒地农村厕改与人居环境低碳体系构建★

贾文玲，郎靖怡，管云琪，孙晓铭*

(东北林业大学园林学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

农村旱厕改造是改善人居环境及促进乡村生态文明建设的重要环节。21 世纪以来，政府已就“农村厕所改造”问题做出众多批示，可见其重要性和迫切性。

习近平总书记也多次在全国会议中强调厕所问题在城乡文明建设中的重要性。“十四五”规划中提出了关于全面推进乡村振兴，推动农村现代化建设的意见;其中指出要根据各地区实际条件，因地制宜推进农村改厕，并加快探索干旱、寒冷地区的旱厕改造模式。意见中同时指出应促进资源循环利用，低碳减碳发展，将碳中和理念根植于生活生产之中。现阶段已经形成以三格化粪池式厕所为例的许多旱厕改造模式，并广泛应用于全国各地; 但是针对以东北三省为典型省份的北方寒地城市而言，存在改厕选型不适宜寒冷气候、改造后使用率较低、粪污无害化处理不佳等问题，阻碍这些地区农村改厕进程。

本研究通过调研北方寒地农村旱厕改造现状，总结归纳存在的问题，在现有粪尿分集式厕所基础上，因地制宜地设计出适宜寒地气候的家用改进式粪尿分集厕所及生态庭院模式，并结合低碳循环发展体系，分析改造后各项效益，推进北方寒地旱厕改造与农村环境改善。

1 北方寒地农村旱厕改造现状

1．1 我国北方寒地区域范围

北方寒地属气候区划的严寒地区，冬季气温极低、冰冻期长。在我国尚无正式划分标准，按照其1 月份平均气温在-18 ℃以下的特点，该区域主要包括黑龙江省、吉林省、辽宁省及内蒙古自治区东北部;如若按照国外划分标准，我国北方寒地地区将囊括更多城市。

1．2 农村厕所改造类型

现阶段农村旱厕改造类型主要有: 三格化粪池式厕所、双翁漏斗式厕所、粪尿分集式厕所、三联沼气池式厕所、完整下水道水冲式厕所、双坑交替式厕所六种。按照厕所用水量，可将其分为水冲型厕所和免水冲型生态厕所两大类[1]。

1．2．1水冲型厕所

除粪尿分集式厕所，其余五种旱厕改造类型均为水冲型厕所。“三格化粪池式厕所”通过粪污在化粪池密闭条件下的无氧发酵达到无害化目的，应用较广泛，造价低廉，但粪污处理效果不佳，适宜与沼气池，养殖业生产相结合;适用于城市管网无法覆盖的地区，改厕成本为每户5 000 元左右，严寒地区花费甚至达到1 万元。“双翁漏斗式厕所”装置小巧，防污防虫效果好，但施工技术要求高，清掏困难。“三联沼气池式厕所”可与农业、畜牧业相结合形成循环体系;但是沼气池建设质量要求较高，产沼气量也受很多因素的影响; 现阶段东北地区已形成三联沼气池式厕所与太阳能采暖房、牲畜舍、果树种植等相结合的五位一体有机生态模式。“双坑交替式厕所”需设置两个交替使用的储粪池，撒土覆盖粪污以实现粪污脱水干燥，无氧发酵;通常单个储粪池粪污堆满并发酵半年后可产生有机肥料，但是存在发酵不完全，倾洒覆土复杂，不适宜寒冷地区的问题，现在主要推广于内蒙古地区。“完整下水道水冲式厕所”采用管网收集粪污，处理厂统一处理模式。

1．2．2免水冲型生态厕所

“粪尿分集式厕所”为免水冲型生态厕所。传统家用水冲型厕所一次如厕后约需要6 L 水，而生态厕所一次如厕后只需0．2 L ～1 L 水，从源头上节约了水源，粪污资源通过无害化处理后可循环利用; 该模式有极佳的耐寒性能，但使用维护复杂、需手动添加生物反应基质、臭味较大;适宜缺水、寒冷及边远地区推广。

1．3 北方寒地农村旱厕改造问题剖析

1) 冬季冰冻期长，粪污冲刷难度大。北方寒地气候严寒;特别是黑龙江省的漠河、伊春等地区一年中各月平均气温在0 ℃以下的月份长达8 个月之久，气温最低甚至可能达到-40 ℃左右。漫长的结冰期中，传统水冲厕所冲水设备中的水体易结冰，水管易胀裂，致使厕所无法使用。因此，免水冲、防寒防冻是北方寒地旱厕改造的重心。

2) 粪污露天排放，二次污染有害。传统旱厕中粪便等排泄物多堆积在露天粪池中，通过生化作用极易改变原有性质而产生二次污染，使得旱厕环境臭气熏天，苍蝇虫卵随处可见，对农村人居环境造成破坏。且因二次污染是在一次污染的基础上变质而产生的，形成机制较为复杂，防治起来也相对困难，是粪便无害化处理的棘手问题。

3) 村民环保意识薄弱，中坚劳动力缺失。目前，北方寒地农村老龄化相对严重，辽宁省65 周岁及以上人口规模为东北地区最大。村民多为留守老人与儿童，文化水平不高，对传统露天旱厕的危害性认识不足，环保意识相对薄弱，对于改厕工作大多呈犹豫甚至拒绝态度。且因青壮年劳动力呈外流趋势，家庭结构空心化严重，缺少旱厕改造中需要的人力、物力，改厕工作面临较大阻力。

4) 资金支持较少、监管力度不足。传统的农村露天旱厕建造花费少，对材料和技术要求都不高。进行农村改厕，不仅需要进行原旱厕的拆除工作，新型旱厕在改造过程中所产生的成本、建造、运行、维护等均需要额外费用，这对本身处于经济弱势的村民而言着实是一笔不少的负担。此外，从既有的典型改厕案例可以看出，统一下发的物料未落实到位、设备维护欠佳、监管失职等因素也阻碍了农村改厕的进程[2]。

2 北方寒地农村旱厕改造设计

2．1 家用改进式粪尿分集旱厕设计

家用改进式粪尿分集旱厕是为满足北方寒地农村旱厕改造需求，在传统粪尿分集旱厕上进行适应性改进而研发的新产品。改进后的粪尿分集旱厕不仅能满足卫生、简洁、生态化的标准，而且具有耐寒防冻、粪尿分集率高、简易投料、资源化利用等优点，集合了现代工程技术、微生物技术、生态农业技术，因地制宜。家用改进式粪尿分集厕所结构如图1 所示，采用源头式粪尿一次分集和入箱前二次分集的原理，将粪便和尿液在源头处直接进行分离，并在粪便进入储粪池前再进行二次分离。根据粪尿不同的生物特性，由对应的储粪池和蓄尿箱对粪尿进行收集和无害化处理。含有较多肠道致病因子的粪便需添加秸秆粉末进行覆盖和干燥，并在嗜冷耐寒菌种的分解下进行无害化处理后还田，而几乎不含病原体的尿液只需简单过滤后即可还田使用[3-4]。

图1 家用改进式粪尿分集厕所剖面图

2．2 基于家用改进式粪尿分集厕所的生态庭院模式

2．2．1生态庭院布置形式

前院式院落布局在现阶段北方寒地农村中是最为常见的一种形式。如图2 所示，主房往往退后布置，其南向留出开阔的前院用于种植家常果蔬并能够在寒冷的冬季为主房争取更充足的南向太阳辐射。基于家用改进式粪尿分集厕所的生态庭院中，厕所与连通沼气池的家禽养殖棚结合布置在庭院南侧，其上设计有深色喷漆斜晒板，便于接收南向采光进行粪便的干燥处理和沼气生产。在主房通向厕所的流线上设计双层玻璃外廊，保证村民冬季如厕的安全性和舒适性。

图2 基于家用改进式粪尿分集旱厕的生态庭院布置平面图

2．2．2生态庭院综合循环体系

如图3 所示，在生态庭院综合循环体系中，家用改进式粪尿分集厕所是物质循环的中心，结合农业生产、家禽粪污沼气化利用形成“人-旱厕-尿液-菜园”庭院内部循环体系、“人-旱厕-粪便-堆肥房-农田”庭院外部循环体系，以粪污的综合利用为主体，实现废物资源化、减量化。

1) “人-旱厕-尿液-菜园”庭院内部循环体系:家用改进式粪尿分集旱厕分离后的尿液在经过过滤净化和低温密封贮藏后，保氨率可以达到95%，适宜用于庭院果蔬的种植，满足农户日常生活所需。该循环能够在庭院内部实现废弃资源再利用，简单高效。

2) “人-旱厕-粪便-堆肥房-农田”庭院外部循环体系:家用改进式粪尿分集旱厕分离后的粪便在储粪池脱水干燥后可直接还田，还可以统一运往堆肥设备进行进一步的堆肥以获得优质有机肥料，施用于农田后可增加土壤的肥力，提高粮食作物和经济作物的产量。农业生产中产生的秸秆，可研磨成粉末用于粪便的脱水干燥，也可作为建筑材料、养殖饲料、沼气发酵原料、工艺品等，帮助当地农户促产促销，实现可持续盈利。

图3 基于家用改进式粪尿分集旱厕的生态庭院综合循环体系

3 北方寒地农村旱厕改造后的效益分析

3．1 环境效益

农村环境的改善是全面建设生态文明的保障。北方寒地农村旱厕改造后的粪便经脱水干燥的处理后无臭无害，减少了二次污染，不仅保证了村民健康，还大大改善了村民的如厕环境，进而美化了村容村貌。免水冲式的设计减轻了污水处理厂的负担，减少了水、土壤的污染，使耕地的可持续性效益稳步增加，助力“绿水青山”的乡村建设。

3．2 生态效益

家用改进式粪尿分集厕所不需用水冲刷，在适应北方寒地气候的同时节省了大量的水资源，对于冬季较干旱的北方农村地区尤为宝贵。在低碳发展的目标使命下，改进后的旱厕能够将粪便和尿液进行分类收集和循环利用，发挥农村本身的“自洁”潜力，降低了农药、化肥面源污染的程度。同时，农业生产中产生的秸秆只需研磨成粉末即可利用，一改农村露天焚烧秸秆所带来的大气污染现象，缓解了农村减碳工作的压力。

以家用改进式粪尿分集厕所为中心，形成寒地农村低碳循环体系。如图4 所示，总结北方寒地农村四类可控碳源，其中粪污资源无害化处理产生有机肥料、沼气等能源，用以补偿煤炭能源及农田化肥的资源投入，实现源头式减碳;农业废弃物秸秆又可用作厕所堆肥的生物反应基质，实现间接式减碳。

图4 基于粪污处理的北方寒地农村低碳循环发展体系

3．3 经济效益

家用改进式粪尿分离旱厕生产成本低，安装操作简单，易于推广。尽管旱厕改造需要花费部分资金，但改造后的旱厕不仅卫生环保，减少了农村村民因感染厕所病菌而产生的医药费支出，还能够实现资源的循环利用，实现可持续性发展。在农业生产上，低温冷藏的尿液和脱水干燥后的粪便均可还田利用，其中含有的有机质能够提高土壤的肥力，减少了化肥的使用和污染，提高了农作物的产量。因此，以发展的角度看北方寒地农村粪尿分离式的改厕工作，是一项能够带来长远经济效益的民生福祉。此外，农村人居环境的提升还有助于北方寒地农村吸引旅游人气，充分利用雪乡特色，发展特色旅游业和休闲农业，助推乡村振兴。经济水平的提高同时也能够吸引青壮年人才留乡发展，为北方寒地农村增添劳动力和提供先进的技术支持。

4 结论与建议

北方寒地旱厕改造由于其特殊的严寒气候原因及多种现实因素，导致现有改厕存在许多问题。在中央“因地制宜持续推进厕所革命”的政策视角下，结合低碳循环发展理念及费用效益分析方法，以现有粪尿分集式生态厕所为基础，完善厕所改造及综合循环体系构建，形成了适应北方寒地的农村生态厕所体系，对于寒地城市厕所改造及人居环境的改善都有一定的参考意义。

1) 家用改进式粪尿分集厕所。从源头实现粪尿分离，减少水资源利用及污水处理费用，且将粪污资源无害化再利用，不仅切实解决北方寒地如厕难的问题，而且实现了农村人居环境改善，为农户提供了可持续利用的厕所系统。2) 生态庭院模式。改进粪尿分集厕所可结合农户养殖业、沼气池、丰富太阳能资源、太阳能采暖房形成一体化生态庭院模式，改善北方寒地庭院的生活生产。3) 生态庭院综合循环体系。以家用改进式粪尿分集厕所为物质循环中心，以粪污的综合利用为主体，形成两大循环体系，实现资源的生态循环利用。