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Environmental protection toilets development and research progress
ZHU Wen-yu
（ Nanjing University of Technology，School of Environment，Nanjing 211816）
Abstract： Made by the interval Wall environmental toilets， cubicles， men and women， with their will pit on the floor， under floor channels with urine and stool passage， it corresponds to the front of the pit urine channel， it corresponds to the back of the pit Ambassador channel urine outlet channel below the other end of the piston Ambassador channel scraper no stool passage with both ends of the top gear， piston-type scraper attached to the assumptions in the chain of transmission gears， transmission gears of the gear shaft partitions out of the wall， connecting the outer end of gear shaft power drive. The toilet paper is environmentally friendly technology research and development of their production are described.
Key Words： Traditional toilets； practical； free water to flush toilets； car mobile vacuum； market and the outlook
0 引 言
随着人们对绿色健康生活的不懈追求，开发新型的环保厕所势在必行，并有极大的发展空间。环保厕所由间隔板墙制成，有男女厕间，其底板上设有便坑，底板下设有小便通道和大便通道，便坑的前部对应小便通道，便坑的后部对应大使通道，小便通道的出口端低于另一端，大使通道中没有活塞式刮板，大便通道的两端顶部设有传动齿轮，活塞式刮板连接在假设于传动齿轮的链条上，传动齿轮的齿轮轴伸出间隔板墙外，齿轮轴外端连接动力驱动装置。[22]
众所周知，我国是世界缺水国家之一，人均水资源占有量仅为世界人均水资源占有量的 1 /4，水资源短缺和污染问题已严重影响了我国国民经济建设和人们的正常生活。传统的水冲式厕所几乎都是利用清洁水，每次用水 6～10 L，实际是用98%的水稀释了 2%的粪便，换句话说，就是 2%的粪便污染了98%的水[1]。据测算，冲厕用水约占生活用水量的20%，全国城镇人口每年冲厕用水不低于50亿吨，相当于25座中型城市的年供水量。水冲式厕所一方面使缺水的城市供水更为紧张，另一方面人们又要投入大量的资金建设污水收集与处理系统[2]。冲厕污水如未经妥善处理不仅恶臭难闻，而且招致蝇虫大量滋生；粪便达不到无害化，极易导致肠道传染病及寄生虫病的传播。从表面上来看，水冲厕所用清水冲走了污物，消除了臭气，但绝大部分污水未经净化处理，造成当地水体的污染更是量大面广，对自然生态的影响更为严重。
综上所述，传统水冲厕所是浪费和污染水资源的公害之一，也是传播疾病的源头。随着人们对绿色生活、健康生活的不懈追求，厕所革新作为绿色生活中不可缺少的一部分，越来越受到人们的重视。在当今提倡“环保” 、“绿色”和“可持续发展”的社会，环保厕所应运而生。
1 传统厕所存在的问题
近年来，随着城市建设的高速发展，老城区拆迁改造越来越多，过去老城区的一些公厕被拆除。然而由于开发商自身利益的驱使、人们对厕所存在观念上的排除心理、各职能部门工作协调上对厕所的重视程度不够等多种原因，致使很多被拆除的公厕没有重新建立起来。与此同时，城市外来人口急剧增加，在公厕数量减少的情况下，厕所的供需矛盾越来越明显。加之城市建设管理部门对厕所建设的重视程度不够，很多的新项目建设，公厕的配套被忽略，造成城区大了，厕所少了这样一种局面。
厕所的减少、布局的不合理，给人们的方便带来了极大的不方便，以至于有时候不得不随地便溺，给城市卫生环境管理带来了很多麻烦。可以说，城市公厕成为都市居民的梦魇。
城市公厕作为一种城市配套设施，其来源一般分两类：一类是城市环境卫生部门经营管理的用于对全社会开放的厕所，一类是城市企事业单位拥有的用于本单位职工、顾客使用或对社会半开放的厕所。正是由于其开放性的特点，因此，对于其数量、质量、布局以及管理有着更高的要求。[21]但是传统固定公共厕所建设过程中存在的各种各样的问题使得厕所的建设进程缓慢。第一是城市规划部门从城市建设的长远考虑，很多需要厕所的地段即将改造而不适宜建造固定厕所，第二是城市居民或商户都不愿意厕所距自己的居所或商铺太近，而固定厕所的建造又是一个比较缓慢的过程，阻碍厕所施工的事情时有发生。第三是城市繁华地段，寸土寸金，根本没有足够建造固定厕所的空间。第四一些没有上水或下水的地方，根本不能够建造水冲固定厕所。第五由于固定厕所的造型的局限性，会给某些城市景观带来负面影响，在某些场所也就失去建造的可能性。而可移动型环保厕所恰恰能够很好的解决了上述问题从而满足了人们对厕所的需求。
普通重力冲水厕所存在好多缺点： 用水量多， 冲刷不干净， 臭味难控制， 安装及维护不便， 易堵下水道等。特别是对于一些公共场所、集会、街道等临时性的应用， 利用普通厕所， 不仅存在上述缺点， 同时建造费用高， 占用场地大， 污染高。
2 环保厕所的实用性以及实例
本实用新型可将大小便分别收集，分类收集管理，便于清理，利于大小便的分类使用。结构简单合理，方便实用，便于清理和管理，对环境不产生污染，利于生态环境的保护，保护人们的生存环境，特别适宜公园、影剧院、单位、市区、旅游地点等公共场所使用。[4]
在顺义奥林匹克水上公园的停车场里，这样的厕所有6个。进了水上公园的激流回旋赛场，赛场里面，同样的厕所有34个。这是泡沫型环保厕所，尿液很快就被泡沫处理，不用冲水。这样的厕所用蓄电池供电.奥运会的时候，设50个这样的单人卫生间，这个数量应该可以保证大家及时解决内急的问题。
3 环保智能型免水冲厕所
环保智能型免水冲厕所结构如图1 所示[5]。其底部有加热片并设计有自动控温系统和自动搅拌装置。自动控温系统可为微生物提供其生长的最适宜环境，一般保持在40～50℃ ，当温度过高时，自动搅拌散热；当温度过低时，加热片自动加热升温。从图中可以看出搅拌器由电动机经过减速系统带动，本减速器采用减速比为58 的蜗轮蜗杆及皮带传动，搅拌叶轮的最后速度在24r/min 左右，为了保证在搅拌过程中防止物料不定向移动，因此需要保证两个叶轮的转向相反，这样中间物料就会沿同一反向移动，使物料按一定的顺序移动。
厕所搅拌器也是反应物料的存储和工作容器，其工作原理：
粪便进入搅拌装置后，通过搅拌机的搅拌与放置在搅拌器里的高效复合微生物充分接触。首先微生物菌种释放出具有降解有机物功能的高蛋白酶，将粪尿中可生物降解的有机物完全氧化为简单的无机物。产生的水分及其他气体直接蒸发排出。剩余残留物可作为资源转化为高效有机肥料，充分资源化。[23]同时包含着大量好氧微生物的高效生物活性填料可将粪尿中的臭气吸收转化，实现了对粪便的分解、脱臭、净化一体化处理。而粪尿中的大肠杆菌、寄生虫卵等有害病菌及杂菌在60℃以上高温条件下被杀死或被微生物群落吞噬，从而实现安全卫生无害化。
4 汽车流动真空环保厕所
汽车流动真空环保厕所主要由汽车移动系统、真空便器系统、真空纳污系统和自动控制系统组成。汽车移动系统由大型客车改造而成， 把真空便器系统、真空纳污系统和控制系统合理布置其中， 主要完成承载和移动的功能。真空便器系统包括真空便器、界面阀、控制真空便器冲刷水的电磁延时水阀、控制界面阀开关的电磁阀和压力罐。真空纳污系统的主要功能是将粪便等污物收集存放。真空纳污系统包括纳污罐、污水箱、小便回收箱、真空罐、真空泵及相关管网组成。自动控制系统主要由控制器、空压机、真空泵、真空罐、通气管道、气阀、控制阀等组成。[24]有2 部分： 一是气泵电气部分， 主要靠各气罐上安装的压力传感器信号完成220 V 电源的控制及空压机、真空泵的转停控制。另一部分是气阀及供水电磁阀的自动控制电路， 是以单片机为核心的控制器。用于控制上水、冲洗、抽走污物的整个过程。控制器设有手动按钮和自动按钮， 可以有效地降低耗水， 减少堵塞， 组成多座便器系统， 使用方便。系统基本组成框图及连接关系如图1 所示， 汽车流动厕所详细组成见图2。其中压力罐（ 清水箱） 安置在大客车的顶部， 虚线框内的部分安装在大客车的后部， 其它依次向车前方布置。
汽车流动真空环保厕所主要有以下优点： 1） 制造成本低、运行费用低、卫生、安全、方便等。2） 生产工艺简单、节水降耗、经济效益好。3） 适用于各种环境， 配套能力强， 具有较好的适应性。其结构新颖， 使用方便。与传统产品相比能节水80% 以上， 具有明显的社会效益和经济效益。特别是在产品的设计开发中利用新技术和新发明， 使产品的含金量提高。目前， 国内市场对该产品有较大的需求， 前景广阔。
5 卫生间的无机氮的去除废水气升式外循环膜-生物反应器
在20世纪80年代初期，第一个高负荷的超滤膜分离设备[18]，用来治疗卫生间的废水在日本投入运营。从那时起，各项设施和膜和膜生物反应器（MBRs）研究了迅速的发展，新颖的设施用来处理厕所污水（Magara吊机，1991年成立；Magara，等1992年，在一加一Misaki[19]高庆宇，松井秀喜和，1996）。MBRs都非常简单的过程，用来取代复杂的治疗反硝化过程，并结合凝血，活性炭过滤，Magara吊机治疗（1991年成立；Manem，1996）[20]。近年来，一些报告显示的那样被用来治疗，MBRs卫生间废水和灰色的水在游轮，如从拜仁转会到MBR技术*和ZeeWeed@ MBR的ZENON的系统。
5 国内外的研究现状及应用
5.1 国外研究应用现状
国外生态厕所的研究起步于20世纪80年代末，目前主要有打包式厕所、循环水冲式厕所和堆肥式生态厕所等几大类。
（1）日本最新研制的木屑免水冲生态厕所就是一种新型的环保生态厕所。它是在座便器下方建造一个长方形池，内填充木屑作为微生物的反应基质，并辅以较小的动力搅拌，通过有氧微生物的放热发酵，将粪便转化为无臭味的水、二氧化碳和较干燥的有机肥，整个过程不需水冲。与传统的厕所相比，它既不浪费水资源，也不需要下水道系统，同时产物还可以作为有机肥。目前，这种厕所已经进入了日本人的家庭[11]。
（2）瑞典近年研究开发了一种非混合型马桶 ，或称分离式厕所 ，即将尿液单独流入一个贮罐 ，贮存半年以后 ，某些药物残留物将分解破坏 ，然后用作农肥 ，粪便作堆肥处理。该种装置已有 3 000 余套在应用[11]。
（3）欧洲最近还开始使用一种真空抽水马桶 ，每次冲洗仅需0.17～1 L。真空系统真空度为015 bar ，真空管直径为50 mm[7]。冲厕粪便水同家庭有机垃圾破碎后一同在半集中式沼气池中处理 ，产生的沼气作为天然气的补充能源。
（4）南太平洋岛国广泛使用堆肥型厕所它带有温室和蒸发床将粪便制成堆肥。
（5）美国在上世纪80年代就建立了一批带有堆肥功能的环保厕所[12]。
5.2 国内研究应用现状
在我国与堆肥相结合的厕所是早期、原始的生态卫生厕所，已经有上千年历史了。近年，其他一些类型的生态厕所也正在全国各地发展并应用起来[13]。应用最广的主要为打包式与循环水冲式厕所，应用地点多为公共场所旅游风景区和临时集会地等。
（1）一种新型环保水循环公厕已在上海市卢湾区投入使用。这个公厕基本是普通公厕，环卫部门为它安装了生物处理循环式水洗厕所系统。公厕地下埋着3个大池子，池里的微生物对粪尿进行厌氧处理、耗氧处理，处理后的水可以达到国家环保总局规定的冲厕用水标准。这些水再由电泵送回水箱，全部用于循环冲洗厕所便器[6]。
（2）北京蓝洁士科技发展有限公司生产的免水可冲式只能环保厕所，其核心技术是收集小便冲洗大便，实现厕所免水冲洗。该厕所产品有两个独到之处：一是配套使用专用药剂处理粪尿；二是利用粉碎循环附壁射流冲洗技术实现了半升冲洗液清洁厕盆，能达到甚至超过水冲厕所的冲洗效果。蓝洁士环保厕所在整个粪便处理过程中，没有污染水源，真正实现了公厕排污的减量化、无害化、资源化[8]。它的主要缺点是需要清掏外运，容易产生二次污染。
（3）北京泰和通环保技术有限公司研究改进并研制成功的环保型免水冲厕具，是由一次性使用的可生物降解塑料袋、机芯、座圈、外罩、粪便桶等部分组成。用厕完毕按一下按钮，厕具的机械系统就被启动，粪便、手纸随塑料袋迅即下移进人厕具底部的粪便集装桶内并被自动打包使粪便完全密闭，臭味不外泄。与此同时，封闭装置将上下部分关闭，座便圈上人体接触过的塑料袋下移换新，使下一个用厕者避免了厕具公用部分带来的交叉传染[9]。
（4）丽江古城现在已投入使用的15座改造后的厕所是节水型生态环保厕所， 在公厕内的每个蹲位和小便斗下面，安装了除臭系统，采用节水隔臭型蹲便器， 用少量的水把粪便排走后，翻板自行关闭，让臭气排到催化器里面。厕所内供水系统均采用自动感应装置，当有人使用时，蹲位灯亮，换气扇处于工作状态；当人离开后，灯灭，换气扇停止工作。古城生态环保厕所利用EM（微生物）处理系统对粪便污水进行处理，能使外排水达到或超过国家Ⅱ级综合排放标准。同时， 粪便经发酵分解后的渣液是氮（N） 、磷（P）、钾（K）含量极高的肥料[12]。
5）我国农村环保厕所的主要类型是沼气池卫生厕[14]。在国内， 较典型的是在南方推广的人畜—沼气—果树模式和在北方推广的人畜—沼气—蔬菜—大棚模式的农村生态卫生系统[15]。南方的人畜—沼气—果树模式是一个以沼气为纽带，联动畜牧业、果业、农业等相关产业和环境卫生建设共同发展的生态农业环保模式化工程；北方的人畜—沼气—蔬菜大棚模式是在农户庭院内，将日光温室、禽畜舍、沼气池和厕所优化组合，形成太阳能、沼气、种植业、养殖业“四位一体”的结构。
（6）一些景区要求水源不受污染，在游客人数较多、粪便又急需转移的前提下，大多使用免冲打包式处理。如云南一些生态旅游区目前使用的是打包式厕所。但是，如果考虑持续发展，最好使用循环水生物处理技术[16]。
6 结论与展望
目前，环保厕所的发展趋势比较强劲，前景也比较广阔，但环保厕所还存在着诸多的不足和问题。
在技术上，各型生态厕所中最有发展前景的免水生物降解型生态厕所的专用菌种目前还依赖进口，所以，我们还需投入大量的研发力量和资金选育具有自主知识产权的菌种。不掌握这一核心技术，该型生态厕所的建设投资和使用成本就难以下降；无水打包型厕所使用的塑料袋在后处理中会引起二次污染。所以应使用可降解包装袋。
在向社会推广中，由于造价过高，一个环保厕所的市场售价达到几十万人民币，这不是一般的城市所能够承受得起的。另一个就是如何使环保厕所家庭化的问题。现在市场上所能见到的环保厕所基本上都是面对公共场合的，没见到家用的环保厕所[17]。
由于环保型厕所起步较晚，现在基本只在城市公厕及旅游业中使用，而农村卫生厕所普及率仅7.5﹪，散落露天的旱厕粪缸导致环境污染。所以，农村地区要大力发展农村户用沼气，改造农户厕所，实现人畜粪便资源化利用，统一修建生活污水和粪便进行无害化处理，减少直接排放。
综上所述，为了建立一个完善的环保厕所体系，就需要跨学科合作。不仅要求卫生系统，而且城市规划、农业、灌溉管理、经济学、社会学和公众健康等领域都需要密切配合，这也是下一阶段发展环保厕所体系所要完成工作的主要内容。根据发展现状，环保厕所粪污处理设施的进一步开发与研究应着重于以下几个方面：①筛选高效廉价的生物菌种及配套的生物载体材料。②研究适合优势菌的简易高效的短流程生物处理工艺。③稳定可靠的电气系统及控制系统。
虽然目前环保厕所的发展趋势比较强劲，前景也比较广阔，但是环保厕所还存在着诸多的不足和问题。比如说造价过高，一个环保厕所的市场售价达到几十万人民币，这不是一般的城市能够承受得起的。另外一个就是如何使环保厕所家庭化的问题。现在市场上所能见到的环保厕所基本上都是面对公共场合的，记者在采访中走过几个厂家几乎没见到家用的环保厕所。此外个别产品在节水或冲洗技术上还存在一些问题。但是随着社会的不断发展进步，通过科研人员的不断努力，我们认为在不久的将来，环保厕所将走进每一个家庭，为资源节约和生态保护作出自己应有的贡献
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