我国农村化粪池技术发展现状及趋势

厕所是人们日常所用的基础设施，可体现一个民族的卫生文化和的文明程度。国内外研究表明，农村80%的传染疾病，如儿童腹泻、血吸虫病等，是由厕所粪便污染和不安全饮水引起的，通过改水改厕可以有效控制粪源性传染病的传播。我国农村基础设施薄弱，厕所已经成为改善农村卫生环境的重要短板，发展无害化卫生厕所显得尤为重要。

在我国农村改厕主要有2种路径，一种是“厕所+化粪池+粪污利用”模式（简称模式一），厕所污水进入化粪池后，腐熟的粪液和清掏的粪渣以农田施肥为主；另一种是“水冲厕所+化粪池+污水处理”模式（简称模式二），化粪池作为污水预处理措施。在两种路径下，虽然化粪池的基本原理和结构相似，但由于其功能定位和运用场景不同，对化粪池的要求也有所差异。

许多学者对农村化粪池做了研究，但未结合农村改厕路径，对化粪池技术发展进行系统的梳理。基于此，笔者根据前期实地调研、文献资料和数据分析软件（derwent data analyzer，DDA），探讨了我国农村化粪池的发展现状，并分析了未来发展趋势。

2002—2017年，全国农村卫生厕所普及率从47.6%提高到81.8%，截至2017年，三格化粪池厕所的数量超过8000万个。如图1所示，东部占比为64%，沿海省份如浙江省和江苏省的三格化粪池厕所分别占省内卫生厕所的81.5%和79.5%，中部、西部地区各占17.9%、18.1%，呈现出“东高西低”的格局。

为了更好地分析国内化粪池的技术发展趋势，该研究利用专利检索分析系统（derwent innovation）和DDA数据分析软件，以化粪池(septic tank)为主要关键词，对全球化粪池专利（截至2019年11月）进行检索，进行二次筛选和标引，同时对申请量排名前三的（日本、中国和美国）的化粪池专利进行聚类分析，以21世纪为分界线，但由于中国21世纪前的专利数量较少，远远低于美国和日本，故仅对21世纪后中国的专利进行详细分析，分为2000—2008年、2009—2014年及2015—2019年3个时间段，得到的ThemeScape专利地图如图2所示。

从图2中可以发现，全球化粪池的发展大致经历了2个阶段，Ⅰ阶段是对化粪池材质和结构的优化，Ⅱ阶段是强化化粪池的污水处理。

由图2(a)和图2(b)可知，在21世纪前，1985年日本开始实施《净化槽法》，对化粪池的材质和结构进行改良，利用不饱和酯合成不同性质的壳体材料。在化粪池中设置膜分离器可以有效地去除生活污水中的污染物。而美国相应地出台了《化粪池系统房主指导手册》，主要采用由化粪池、排水场等组成的化粪池/土壤系统处理家庭生活污水。

随着科学技术的发展，21世纪后日本的化粪池逐渐向固液分离、预制式化粪池及研发微生物载体等方向发展，逐渐改良为具备处理污水功能的小型设施。而美国更加侧重于改善化粪池性能，通过提高密封性，安装循环装置，提高厌氧效率。

由于日本和美国的下水管网系统发达，粪便污水以达标处理排放为主，而国内化粪池技术发展与农村改厕运动密切相关，由图2(c)可知，化粪池专利申请主要集中在2015—2019年，在材料（树脂）、结构（安装环、固液分离）、粪污处理与资源化（人工湿地、发酵罐、酸化、芽孢杆菌）等得到发展，处于Ⅰ和Ⅱ阶段的并行时期。为了进一步深入分析我国农村化粪池的发展趋势，笔者将结合目前主要两种化粪池改厕路径进行介绍。