生態廁所與湖泊富營養化控制
我國太湖、巢湖和滇池（簡稱 “三湖” ）由于氮磷污染嚴重，導致水體富營養化問題突出，嚴重制約了流域地區經濟社會的可持續發展。近年來，為治理“三湖”富營養化，國家投入了巨資，各地政府也作出了不懈的努力，從興建污水處理廠、限制網箱捕魚、實行全湖禁磷、疏浚污染底泥到工業污染源達標排放等采取了眾多的治理措施，然而這些并未使太湖、滇池、巢湖的水質有所好轉，僅僅是緩解了水質惡化的勢頭。其中原因，不能不引人深思。本文從造成湖泊富營養化的氮磷的主要來源及其技術整治方面找出問題癥結，探討生態廁所作為處理生活污水氮磷污染進而減緩湖泊富營養化的新途徑。
1 湖泊富營養化成因分析
湖泊富營養化主要由氮、磷濃度過高造成，其中磷起主要作用。造成水體富營養化的氮和磷來自多個方面，包括生活污染源、農業面源和工業污染源等。以磷為例，太湖、巢湖和滇池中各種途徑總磷入湖量的比例見圖1 [1]。
圖1 三湖各種途徑磷的來源
 |
由圖1可見，太湖中磷的來源，生活污染源占64%；農業面源（包括農田徑流、畜禽養殖及水產養殖）占33%；工業廢水只占3%。因此，造成太湖富營養化的主要污染物氮和磷的主要來源首先是生活污水，其次是面源污染，工業污染只占很小比例。
巢湖中構成磷的污染中生活污染源占了54.02%，其中人體排泄物占40.42%；農業面源占了32.07%。滇池是污染最嚴重的湖泊，也是國家治理投資最多的湖泊。在20世紀80年代，污染源1/3是工業廢水，2/3是生活污水；20世紀90年代以來，污染源基本上是生活污水。
由此可見，湖泊成了生活污水的一個巨大化糞池，生活污染源已成為我國“三湖”氮磷排放的主要來源。因此，對各種氮磷污染源有效的脫氮除磷治理是解決由氮磷污染引起的湖泊富營養化問題的關鍵，尤其是對城鎮及農村生活污水中氮磷的去除。
2 目前湖泊富營養化治理中存在的問題
目前對排入湖泊的氮磷，如農田徑流、規模畜禽養殖、水產養殖、生活污水、工業廢水、其他如垃圾等可以分別采取推行優質農產品建設、生物處理、控制養殖規模、禁磷、廠內脫磷除氮和回收垃圾等技術和政策方法處理，有效脫氮除磷。但對于湖泊氮磷主要來源的生活污水中的糞便污水的氮磷還未得到有效處理，原因在于傳統廁所及其排水管網對糞便處理方式的不合理。
對城鎮家庭廁所：人體的排泄物通常通過“廁所-化糞池-城市下水道”系統輸送到城市污水處理廠，處理后排向附近水體。對下水道不完善或根本沒有下水管網系統的地區，人們的糞便污水往往直接排入附近的河道。后者直接加重了河流的污染，同時其中氮磷通過河流進入湖泊，增加了入湖的氮磷負荷。而目前我國已經建成運行或正在規劃設計的城市污水處理廠普遍只以有機污染指標COD和BOD5去除效果作為水質處理效果的評價指標，對氮磷的去除率是較低的。若要考慮除氮脫磷，則處理工藝需要改進，處理成本也將成倍增加[2]。目前，太湖流域內已經建成的三十幾座污水處理廠中只有幾座有脫氮除磷措施。已建有脫氮除磷工藝的污水處理廠，如昆明第一、第二、第三、第四污水處理廠的脫氮除磷均能達到國家城鎮污水一級排放標準，但仍不能滿足解決滇池嚴重富營養化問題的治理要求。同時進水濃度的變化常影響處理效果的穩定[3]，須提高氮磷排放標準，相應的工藝技術水平和處理費用也須提高。因此，建設城市污水處理廠處理城鎮生活污水和工業廢水能夠較大程度地降低化學耗氧量，但在目前情況下，對氮磷的去除還不能達到解決受納湖泊富營養化問題的治理要求。由此可見，盲目建設城市污水處理廠并以此作為治理湖泊富營養化的重點工程，把湖泊富營養化控制效果不佳歸咎為污水處理廠上的太少，這種概念是錯誤的，是治理湖泊富營養化投資方向上的一個誤區。
對城市公廁：我國傳統的公共廁所大多是旱廁，水沖廁所較少，公共廁所的糞便污水基本沒有資源化，對水環境污染很大，是亟待解決的難題。據統計，目前我國28個大城市共有公共廁所11萬個，年產糞便3000多萬t，其中90%的糞便被排入了城市河湖。
對農村廁所：在農村仍然沿用著老式的糞坑式的廁所，多是未加處理直接排放到附近的河流中。即使在江蘇湖泊流域河網地區，廣大農村集鎮的改廁工作已經比較成功，革掉了馬桶，改用沖水廁所，有的還設立了化糞池，衛生面貌有所改觀，但是多數仍沒有完善的排水系統，對化糞池處理過后的有機廢物也沒有有效地收集并資源化，最終仍然隨徑流進入了水環境。家庭圈養畜禽的排泄物雖有部分堆積成廁肥，進入農田，但相當部分動物排泄物還是隨流水進入河流。
由此可見，傳統廁所無論在城市還是農村，無論是旱廁還是水沖廁，都未對糞便中排放的氮磷進行有效的治理，而是直接或間接地排入河流和湖泊。這種單向的處理模式不僅造成河流湖泊污染，導致湖泊氮磷過高；而且浪費了大量的水資源，糞便中可作為有機肥料的氮磷也白白流失了，而同時作物肥料的補充仍依賴于大量使用化肥，通過徑流流失的氮磷進一步加深了受納湖泊的富營養化。
為什么糞便中氮磷等有用物質不能變成肥料，為什么要用清潔的水來沖洗廁所，為什么要把糞便污水和生活污水混合，再建設昂貴的下水管網排放這些廢水？需要進行一場廁所革命，尋找一種方便實用的生活糞便污水處理技術，從根本上解決湖泊水質富營養化問題，生態廁所應運而生。
3 生態廁所的產生及發展
所謂生態廁所是以減少水消耗為特點，以廢物能轉變為有用的資源、對環境不造成污染為特征，是無臭，安全、衛生的廁所。其核心思想是使水資源和營養物質以閉合循環方式運行，并以安全、經濟、可靠的方式完成這一閉合循環，以達到節約水資源、在使用和運行過程中不產生對環境有害物質為目的。生態廁所是以生態原理為指導的，符合可持續發展基本原理，并能經濟運行。
出于對傳統衛生系統諸多問題的質疑和反思，世界各國開展了對生態廁所的研究和推廣。美國國家環保局早在20世紀80年代就支持建立了一批帶有堆肥功能的廁所，并在相關法律中增加了支持和鼓勵生態衛生排水系統發展的內容。瑞士最近開展了生態廁所的研究，包括新型廁所對尿液分別收集和控制的研究、用尿液生產制造農業用肥料的研究等。瑞典近年研究開發了一種非混合型馬桶或稱分離式廁所，即將尿液單獨流入一貯罐，貯存半年以后，殘留物分解后用作農肥，糞便作堆肥處理。該種裝置已有3000余套在該國應用。歐洲一些國家最近還開始使用一種真空抽水馬桶，每次沖洗僅需0.7～1.0 L，沖廁糞便水同家庭有機垃圾破碎后一同在半集中式沼氣池中處理，產生的沼氣作為天然氣的補充能源。一些發展中國家，如尼日利亞、贊比亞、埃塞俄比亞、印度和孟加拉等國也結合本國具體情況在有關生態衛生（排水）系統不同層次的問題方面進行了廣泛的研究和實踐。目前開發的生態廁所可適用于城市、鄉鎮、農村、旅游景點、家居、臨時集會和車船等不同場合使用；進入日常家庭中的小型生態廁所，能有效處理家庭產生的糞便和廚余，為行動不便的老年人和殘障人士提供方便；另外，還可用于畜牧場、規模養殖場的畜禽糞便處理。我國已有上千年歷史的與堆肥相結合的廁所是早期、原始的生態衛生廁所。近年其他一些類型的生態廁所也正在全國各地發展并應用起來[4]。
4 生態廁所在我國的應用情況
根據用水情況，將生態廁所分為免水沖洗生態廁所、水沖洗生態廁所兩大類。
4.1 免水沖洗生態廁所
4.1.1 無水打包型
該廁所的核心是由可生物降解的膜制成的包裝裝置、機械裝置和儲便桶三部分組成。用廁者便后離開，牽引裝置自動啟動將排泄物打包、密封，防止臭味外泄，包裝后的糞便由環衛部門收集送往垃圾填埋場處理。這種廁所可以做到不污染廁所用地環境、不留下殘留物，且無需用水。
4.1.2 生物處理制肥型
該廁所的特點是將糞便經生物處理后變成肥料，分為以下3種。
（1）糞尿分離型。這種生態衛生廁所設計為糞尿分別收集，基本不需水沖，無污水排放。尿可直接利用，糞便經脫水干燥后，加偏堿性覆蓋物提高pH達到無害化，殺滅糞中的致病菌及寄生蟲卵，終產物則成為良好的土壤改良劑。這種廁所由聯合國組織推薦、歐盟等國家捐建，已在廣西、湖南等地農村為農戶使用。
（2）糞尿混合型。該廁所的核心是安裝了一個生化反應器，反應器中有可定期補充的生物填料。微生物通過填料的高比表面積得以繁殖，有機物經微生物降解，糞便發酵完成后變成有機肥。在日本建有這種生態廁所。它是在座便器下方建造一長方形池，內填充鋸木屑作為載體，并輔以較小的動力攪拌，通過有氧微生物的放熱發酵，將排泄物轉化為無臭味的氣體（水和二氧化碳）和較干燥的有機肥，整個過程不需用水沖。
（3）戶用人畜糞便混合沼氣池。將人畜糞便混合，通過沼氣池內微生物厭氧發酵，產生的沼氣可供農戶家用照明和燒飯，產生的有機肥用于自家農田生產無公害或綠色蔬菜。農戶沼氣池的發展已有很長的歷史，至今技術已很成熟，是國家小型公益事業重點扶持的項目之一。它不僅徹底消除了人體糞便和牲畜糞便污染，還取得了良好的經濟效益。作為農戶人畜糞便污染的一種處理方式，也是一種生態廁所。
4.1.3 循環水沖洗型
這種生態廁所的特點是利用特別培養馴化的糞便處理活性菌泥處理糞便污水，對糞便進行分解、脫臭、凈化，將糞便轉化為二氧化碳和水。水可用于再循環沖洗廁所，從而形成良性的循環系統。該種廁所無臭味、節約了水資源、減輕或消除了污染物排放。北京、成都、深圳等地已有這樣的生態廁所。
4.2水沖型生態廁所
這種廁所的特點是不改變原有的水沖廁所用廁方式，但對其產生的糞便污水進行生物處理，使之轉變為無污染的凈水，或回用或排放。
4.2.1 沼氣凈化池
將水沖式公廁的糞便污水經生物厭氧處理可使廢物完全利用。產生的沼氣可加以利用，產生的沼液可利用來澆灌植物。這樣可取消下水管網，將糞便污水無害化處理，同時改善了周邊環境。浙江金華推廣運行的這種生態廁所證明了這點。
4.2.2 生活污水沼氣凈化池
采用生活污水沼氣凈化池代替傳統化糞池，將生活污水（糞便污水加洗滌生活污水）經過厭氧發酵、就地分散、無害化處理，處理的出水可達到或接近二類綜合排放水要求，其中對氮的去除率達65%～69%[5]。生活污水凈化沼氣池既不同于普通的化糞池也不同于沼氣池，普通化糞池能去除一些懸浮物和沉積物，但處理效果差；普通沼氣池主要用于制取沼氣，池容小，處理效果也差；而生活污水沼氣凈化池主要是以凈化污水為目的。這種方法已在全國各地推廣使用，證明可除去排水中的有機質，明顯減輕城鎮污水處理廠的負荷，不失為在我國現有排水管道系統（糞便污水和生活洗滌污水合流）下，對生活污水的一種較好的處理方式。許多地方政府作出規定，所有新建、擴建、改建的生活污水排放項目都推廣這種生活污水沼氣凈化池。
4.2.3 土地處理型
這種廁所是建立土地滲濾系統，利用地表下棲息的土壤植物、動物、植物根系以及土壤所具有的物化特性凈化來自水沖廁所化糞池的糞便污水，經處理后出水可回用于沖廁或綠化。
生態廁所將糞便廢物資源化、無害化，技術上是可行的，其經濟可行性成為推廣運用的關鍵。各類生態廁所因其結構和功能不同，投資和運行費用不一。對免水沖型生態廁所，由于省去了“接管費”或利用回用水代替凈水或有相關副產品產生，系統的建設、運行和維護的綜合經濟效益是好的。對水沖型的生態廁所，盡管仍有下水管網，經處理后能達標排放，相比建設城市污水處理廠來說，因其就地處理，其成本和效果都要好的多。
表1 生態廁所的類型及特點
 |
5 生態廁所控制湖泊富營養化的設想
綜上所述，生態廁所理論上是有依據的、技術上是可行的、經濟上也是合理的。生態廁所能減少水資源用量，有的可以取消下水管網的鋪設費用，或水資源再回用等，經濟效益顯著；有的生態廁所能將人畜糞尿中的氮磷回收并制成有機肥料，施用于農田，有利于減少化肥的使用量，改善土壤質量，提高農產品質量；減少了生活污染源糞便污水中氮磷對周圍河流和湖泊的排放，減少或根除人類糞便造成的富營養化污染；同時生態廁所的建設和使用改善了衛生條件，提高了人民生活質量。
推行生態廁所是減少生活污染源氮磷向河流湖泊排放的有效技術途徑。對控制城鎮和農村糞便污水中氮磷的排放、減輕湖泊富營養化意義重大。
根據生活污水的不同來源形式，可選擇相適應的生態廁所。
對城市，居民住戶有傳統排水管網的原有老式化糞池，可用生活污水凈化沼氣池技術進行改造；對新建城市居民住戶的化糞池，應新建生活污水凈化沼氣池；對城鎮的新建公共廁所，適宜采用無水打包型、免水沖型及生活污水凈化沼氣池型生態廁所。
對農村，根據農村衛生系統的特點，可設計成這樣的流程：將洗浴廢水與廁所糞便污水分流，成為低負荷廢水，經過簡單處理后排入附近水體，不會造成水體污染。將糞尿和家庭產生的有機垃圾合在一起，用生態廁所技術處理，產物可作為農肥施于農田。由此達到廢物的循環利用，實現經濟效益、環境效益和社會效益的統一。對于湖泊流域廣大的農村地區的農戶來說，適于建造使用方便、容易建造、占地少、廢物可完全利用的生態廁所，可采用農戶用沼氣池式生態廁所，土地處理型生態廁所和免水沖糞便利用的生態廁所。
6 推行生態廁所的對策
6.1 大力宣傳和推廣生態廁所技術
應進一步廣泛宣傳生態衛生（排水）系統，要使相關的政府主管部門決策人員、城市規劃和住宅建設人員、相關企業、院校和科研單位人員、用戶和居民了解有關生態廁所方面的知識和意義，發揮各自作用，促進生態廁所的推行。如使用免水沖生態廁所，需要使用者改變傳統的用水廁習慣，需要做好宣傳工作。
6.2 加強生態廁所技術的研究開發
研究提高生態廁所性能、降低造價的途徑；研究不同填料的可行性，比如用農業廢棄秸稈、稻草和鋸木屑，以適應不同地區條件填料原料的供應；研究與生態廁所相應的肥料收集、運輸、包裝、回用、設備安裝、維修等配套工程，建立完整服務體系。
6.3 加強政策扶持力度
應對成熟的生態廁所技術給予政策上的支持，使生態廁所的推廣有強有力的制度、法律上的保障，有力地促進生態廁所的發展。應建立相關法規，增加支持鼓勵發展生態廁所的內容。應將各種生態廁所設施納入到整個供水排水系統的規劃和建設中。并建立示范點，取得經驗，由點到面，逐漸推廣。
6.4 加強配套服務體系研究
生態廁所的管理和運作最好采用市場化的辦法，使服務產業化。比如采取公司化運作，全部或單個廁所拍賣經營權，承包收費和設施保護等。要建立完善的生態廁所配套服務體系，包括技術指導、日常維護以及肥料收集、運輸，生物菌種的供應等，以保證生態廁所正常高效運行。可由政府資助相關組織對生態廁所進行維護。還應探討其他輔助性的社會經濟管理措施以及相關部門如環衛、城建、交通、衛生等部門的協調配合。
6.5 加強資金投入
作為對湖泊氮磷最大來源的生活糞便污水中氮磷的脫除，生態廁所是快捷有效的途徑。與建設污水處理廠相比，其脫氮除磷的效率是事半功倍的。應作為解決湖泊富營養化問題的首選技術措施而成為我國控制湖泊富營養化的投資重點。建設資金也可以結合市場化的辦法來籌集，政府給予一定的政策支持，包括減免有關稅費等。
7 結 語
從造成我國太湖、巢湖、滇池湖泊富營養化的氮磷排放源分析可知，生活污染源均占一半以上，其中人體排泄的糞便污水占了很大比重。傳統廁所存在許多問題，由于技術上的限制，糞便基本未得到有效整治，成為湖泊氮磷主要來源，是引起湖泊富營養化的主要原因。解決湖泊富營養化問題，除應對各種來源的氮磷進行綜合整治外，對糞便污染加以有效處理是控制湖泊氮磷污染的根本性措施。
解決湖泊富營養化問題，迫切需要進行一場廁所革命。生態廁所以其占地少、使用方便、節約水資源、變廢為寶、安全衛生以及技術可行、經濟合理、適應性廣等先進的技術性能成為減少糞便污水氮磷排放的有效途徑，研究開發生態廁所技術將會為湖泊富營養化問題的解決提供有力的技術保障。現行階段，制定相關扶持政策，大力研究、開發并推廣湖泊流域各類生態廁所技術對解決我國湖泊富營養化問題有著極其重要的意義。
參考文獻
1 郭振仁.滇池治理的核心任務與策略思考.云南環境科學，2003，22(2)：5～8
2 國際環保局可及標準司.湖泊污染控制技術指南.北京：中國環境科學出版社，1997.26～32
3 馬培舜，王海玲，成麗華，等.昆明的城市污水處理現狀與發展.中國給水排水，2003，19(4)：19～22
4 宋序彤.生態衛生（排水）系統國內外發展比較.首屆住區水環境國際研討會，2004，
5 石崎勝義，三浦真慈，小磷將也，等.生態廁所的發展.生態廁所國際研討會,南京,2003
6 劉順炎.金華推廣生態廁所是城鎮改善生態環境的一種有效途徑.當代生態農業，2001，(3)：126～129
7 杜 兵，司亞安，孫艷玲.生態廁所的類型及糞污處理工藝.給水排水，2003，29(5)：60～62
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
