范春萍｜第三次厕所革命：迫在眉睫的严峻任务

在人类通往可持续文明的路上存在许多绕不过的坎儿，厕所是其中之一。

比尔·盖茨基金会从2011年起推动厕所革命，每年投入上千万美元征集、研发解决方案，取得一些成效，但有限。

历史上发生过两次厕所革命，都推动了文明的进步。当前，人类面临第三次厕所革命的严峻任务，直接关涉可持续发展和人类未来，需要高度的智慧和勇气才有可能完成。

可能有人读到这里就心生不屑了：厕所，至于吗？答案是：至于，而且相当严峻。

一、从露天到茅坑：第一次厕所革命

实话说，把这第一次说成是革命，有些牵强，许多人在谈这个问题时，是把这一次直接跳过的。因为它更像是一种自然而然的发生，产生了巨大的作用，但确实说不上颠覆性。我把它保留为第一次，主要希望形成历史的闭环叙事。

人类定居之后，很快就发现了一个严肃的问题：人一天要排泄，但总不能还像游猎时代一样随地解决。

定居意味着固定住所、固定生活半径。当一群人长期待在同一个地方，露天排泄就成为问题——卫生隐患、气味污染、虫媒传染病……。于是，人类历史上第一次厕所革命悄然发生：挖坑、搭棚、围挡，把排泄这件事从"随地"变成"定点"。

考古发现，早在公元前3000年左右，印度河流域的摩亨佐-达罗古城就有砖砌的厕所和下水道。中国殷墟遗址中也有类似茅坑的遗迹【1】。古罗马人更是把公共厕所建成了社交场所——大理石长凳、流水冲刷、甚至还带暖气。

这些设施有一个共同的底层逻辑：把排泄物集中起来，然后还田。

在长达数千年的农业文明中，人粪尿从来不是"废弃物"，而是珍贵的肥料。"庄稼一枝花，全靠粪当家"——这句中国农谚说透了第一次厕所革命的核心：厕所不是垃圾站，它是肥料收集站。

在农业社会，农民们会定期清理茅坑，把粪便与草木灰混合堆肥，熟化后施入田地。日本江户时代的城市甚至有专门的"粪尿买卖"产业——农民的肥料钱，是城市居民的一项重要收入来源【2】。这种循环持续了数千年：人从土地上获取食物，食物变成排泄物，排泄物回到土地，土地再次产出食物。

这是一个完美的闭环。而这个闭环，在第二次厕所革命中被彻底打破。

二、冲水马桶：城市的救星，循环的杀手

1. 从霍乱到卫生革命

19世纪的伦敦，曾是一座漂在粪便上的城市。

当时伦敦有大约300万人口，每天产生上百吨粪便。这些排泄物大多被倒进街道边的粪坑和明沟，最终流入泰晤士河。1858年的"大恶臭"事件（The Great Stink），让整个伦敦弥漫着令人窒息的气味，议会大厦的窗帘都被浸透了粪水味。更致命的是，水源被污染引发了接连不断的霍乱大流行——1832−1866年间，仅伦敦就有数万人死于霍乱【3】。

正是在这个背景下，抽水马桶和现代下水道系统登上了历史舞台。

追溯抽水马桶的历史，起源更早。1596年，英国诗人约翰·哈林顿爵士（Sir John Harington）为他的教母伊丽莎白一世女王设计了世界上第一个抽水马桶——但彼时还没有配套的下水道系统，这一发明并未普及。1775年，亚历山大·卡明（Alexander Cumming）获得第一个抽水马桶的专利，他设计的S形存水弯至今仍是抽水马桶的核心组件。19世纪，托马斯·克拉珀（Thomas Crapper）改进了阀门和冲水机构，使抽水马桶更实用、更可靠【4】。

真正让抽水马桶改变世界的是伦敦的下水道工程。1856−1865年，工程师约瑟夫·巴泽尔杰特（Joseph Bazalgette）主持修建了伦敦的地下排水系统——全长约2100公里，每天可处理数亿升污水。这是人类工程史上的奇迹，彻底改变了城市卫生面貌【3】。

抽水马桶的工作原理看似简单：水箱储水→按压冲水→水流裹挟排泄物进入下水管道→汇入城市污水管网→送往污水处理厂。这一套系统看起来无懈可击，它也确实解决了当时最紧迫的问题——把粪便从城市里清走。

2. 功勋的另一面

但一项技术的应用往往都有代价。抽水马桶的代价，埋在管道深处，几十年后才慢慢显现。

第一个代价：水。

每次冲水，传统抽水马桶要消耗6～12升洁净的饮用水。一个四口之家，每天冲厕用水约50～80升。全球有超过40亿人在使用冲水马桶——每天消耗的洁净水，以亿吨计。而这些水在裹走排泄物之后，变成了污染水，等待被再次净化。

你用的是干净水，排的是脏水。干净变脏只有一瞬间，脏变干净却要消耗大量能量和资源。

第二个代价：肥料的流失。

人一天排泄的氮、磷、钾等营养物质，大约足够为一人一天所需的粮食种植提供养分。

但在抽水马桶系统里，这些养分去了哪里？它们和几升水混合，通过复杂的地下管网，长途跋涉进入污水处理厂。在那里，微生物降解有机质需要消耗大量氧气和能量，磷和氮的去除更是技术难题——绝大部分氮被转化为氮气排入大气，磷则通过化学沉淀变成污泥。污泥的处理本身又是一大难题。

最终结果是：土地上本该回归的营养，被水冲走，在污水厂里被"消灭"，再也回不到田里了。

第三个代价：土地的贫瘠化，以及随之而来的一切。

当人类不再把粪尿还田，土地就只能依赖化肥。化肥的出现曾被认为是农业的伟大进步——它让粮食产量翻了几番。但化肥只能补充氮磷钾三大元素，无法补充土壤有机质。长期单施化肥的结果是：土壤板结、微生物群落衰退、保水保肥能力下降。

板结的土壤种不出有营养的作物，这一问题已有大量研究证实：加利福尼亚大学戴维斯分校的研究团队比较了1950−1999年美国农业部（USDA）公布的43种水果和蔬菜的营养数据，发现蛋白质、钙、磷、铁、维生素B2和维生素C的含量均有显著下降——其中钙含量平均下降16%，铁含量平均下降15%，维生素C含量平均下降20%【5】。虽然研究指出营养下降的原因是多方面的（包括品种选育更注重产量而非营养），但土壤健康状况恶化被公认为关键因素之一。

这项研究使用和得出的都只是美国上个世纪的数据。随着城市扩大化、巨大化，城市人口占比骤增，因有机质循环受阻而导致的土壤贫瘠更为加剧。

总之：抽水马桶解决了城市卫生问题，使巨大城市的发展成为可能——使城市文明成为可能，却把土地的营养问题转移到了隐蔽的、被忽视的、影响更深远的地方。

3. 污水处理厂的真相

你可能觉得：没关系，有污水处理厂。

是的，现代城市都有污水处理厂，它们确实在做一件功德无量的事。但它的处理结果，远没有大多数人想象的那么完美。

以中国的标准为例：《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）规定的一级A标准主要指标为：化学需氧量（COD）≤50mg/L氨氮≤5mg/L，总磷≤0.5mg/L，悬浮物≤10mg/L。这个水质大约相当于地表水劣Ⅴ类到Ⅴ类水平（根据《地表水环境质量标准》GB 3838-2002，而Ⅴ类水主要适用于农业用水及一般景观要求水域，COD≤40mg/L，总磷≤0.4mg/L）。如果要达到地表水Ⅳ类标准（适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区，COD≤30mg/L，总磷≤0.3mg/L），还需要更深度处理——反渗透、活性炭吸附、臭氧氧化等，这差不多就是污水处理厂能做到最高标准了，基本很难做到【6】。

也就是说，被抽水马桶冲走的每一滴水，经过昂贵的处理后，变成Ⅳ类甚至更差的水回到江河。而那些本该还田的营养物质，大部分被"消耗"在了污水处理过程中，不但无法回收利用，而且还污染了江河水。所产出的大量极难利用的污泥，常被界定为“危废”，需要更多的资源和能源去处理，成为更大的问题。

三、水面下的冰山：农村的下水道危机

如果说抽水马桶在城市里还是个功过相抵的方案，它在农村就是一场正在扩散的灾难。

长期以来，中国农村的传统是旱厕。旱厕当然有缺点——卫生条件差、气味大、蚊蝇滋生。所以在农村人居环境整治和"厕所革命"中，很多地方选择了最简单直接的办法：把旱厕改成水冲厕所。

听起来很合理——城市不就这么干的吗？但问题在于，农村没有城市那样的排水管网和污水处理厂。

结果是什么？很多改厕后的农村，抽水马桶冲出的粪便和污水直接排入村边的小河沟、渗坑或者简易化粪池。简易化粪池的降解能力有限，遇上下雨天就容易外溢。河道富营养化、地下水污染、土壤污染——水冲厕所带来的问题，从城市转移到了更脆弱的农村生态系统。

更讽刺的是，在几千年农业文明中，中国的农民一直是最懂得"物尽其用"的——人粪尿在农民手里是黄金。而抽水马桶进入农村后，黄金变成了污染物。在农村使用了数千年的循环系统，被一个来自城市的发明截断了。

类似的问题不仅发生在中国。印度在推动"消灭露天排便"（Open Defecation Free）的全国运动中，也大量修建了冲水厕所。由于缺乏配套的污水处理设施，大量未经处理的污水直接排入水体，造成更严重的面源污染【7】。非洲多个国家在联合国千年发展目标下的厕所建设中，也遇到了类似困境。

这不是技术问题，是系统性问题。在城市里管用的方案，搬到农村就水土不服。把城市的卫生标准简单套到农村，等于用城市的代谢方式破坏农村的生态系统。

四、第三次厕所革命：缺的是决心

那么，有没有更好的方案？

答案是：有，而且不少。

像载人飞船和空间站里那种对水的完全再生复用，由于成本高昂，不具备在更广大范围推广的价值。到目前为止，盖茨基金会常年的资助征集，也并没得到理想的与当前城市建设状况相容的革命性解决方案。

本人多年混迹于不同的环保圈，了解一些情况：若想真正完成这次革命性的改革，症结其实并不在厕所，所需要的是对城市建设的深层技术路径和标准体系做出彻底改变。

方案一：真空抽吸厕所（Vacuum Toilet）

你在飞机和高铁上用过的那种马桶，就是真空抽吸厕所，它与传统冲水马桶有本质区别：

工作原理：利用真空负压，以极少的液体（约0.3～0.5升，仅为传统抽水马桶的1/12～1/20）把排泄物吸入真空管道，汇入收集容器。由于用水量极少，排泄物的含水量很低，无需复杂的管网和大量水资源，收集物可以更容易地被用于堆肥【8】。

成熟度：航空业已经使用了半个多世纪——自1960年代波音707首次引入真空厕所系统以来，技术经过无数次迭代，可靠性极高。瑞典公司Jets（现已并入瑞典环保集团Envac）在船舶和生态社区的真空排污系统方面有数十年的应用经验。位于瑞典斯德哥尔摩近郊的Hammarby Sjöstad生态社区在其早期规划中试验了真空排污系统，与传统的重力排水系统相比，节水效果显著【9】。

卡在哪里：技术上几乎没有壁垒。真正的障碍在于整个城市建设规范体系都是围绕抽水马桶建的。建筑给排水设计规范（如中国的《建筑给水排水设计标准》GB 50015）、住宅设计标准、装修行业标准……一环扣一环，改一个环节牵动整个链条。这就是路径依赖的力量。

方案二：源分离厕所（Source-separating Toilet）

所谓"源分离"，就是把尿液和粪便分开收集。思路非常巧妙：尿液占排泄物体积的绝大部分（约90%），但粪便中的有机质和病原体风险更高。分开收集后，尿液可以直接稀释用作液体肥料（富含氮、磷、钾），粪便则可以脱水堆肥处理。

国际实践：瑞典的Tanum生态村从1990年代起就实施了尿液分离厕所系统，运行超过20年，居民使用反馈良好，尿液肥料被当地农场接收使用【10】。瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的Eawag研究所长期研究源分离技术，在比尔（Biel）市的"Ecological Quarter"项目中实践了尿液收集和营养回收的完整循环【11】。有一位致力于磷回收的朋友告诉我，由于磷的排泄主要通过尿液，所以源分离特别有利于磷回收。

德国探索：柏林工业大学的研究团队开发了"Sanitation 21"示范项目，在柏林的一栋学生宿舍安装了源分离厕所和灰水（不含厕所排出物的家庭废水）处理系统，实现节水约70%、氮回收率超过80%【12】。

中国实践：中国科技大学和北京建筑工程大学等科研机构曾在农村地区进行源分离厕所试点，但由于成本和使用习惯问题，推广面有限。

方案三：生物降解/堆肥厕所（Composting Toilet）

利用微生物降解有机物的技术路线也有多种实践。

日本经验：日本是堆肥厕所研发和应用最成熟的国家之一。日本公司"生物厕所研究所"（Biolu）研发的微生物降解厕所，利用木屑和特定微生物菌群分解排泄物，几乎零排放，无需水、无需排污管道。这些系统在富士山的国家公园山屋和青森县的偏远地区得到了长期使用【13】。

瑞典实践：瑞典的Clivus Multrum公司自1939年起就生产堆肥厕所，其产品在瑞典的国家公园、渡轮码头等缺乏排污设施的场所广泛使用。堆肥产物经过1～2年熟化后可作为土壤改良剂。

发展中国家的探索：比尔及梅琳达·盖茨基金会的"Reinvent the Toilet"项目自2011年起投入数亿美元，支持全球数十个研究团队开发适合发展中国家使用的无下水道厕所。这些厕所大多基于生物降解、化学处理或膜技术，目标是将人类排泄物就地处理为可安全使用的资源【14】。

我有一位老友，多年致力于以工程菌堆肥发酵方式，集成解决“厕污垃”（厕所中的排泄物、不含化学污染物的农村污水、不含化学污染物的农村垃圾）三大问题。他把自己研发的具有多项专利技术的厕所命名为“森林之魂”，取意森林中没有垃圾、没有污染物，有的只是循环中的有机质。

“森林之魂”厕所，室内所有的平面、立面都是空心、透气的，里面盛装着降解厕所室内气味、地面积液的工程菌；便池内也有特殊方式加入的工程菌；还有一种气封技术，使便池不会向上反味。

只可惜，这位老友壮志未酬身先逝，空留“森林之魂”样板间在风中凋零。

行文至此，深切悼念前不久因病离世的、执着于厕所改良和生态厕所推广的“老地主”（老友网络昵称）——河北沃野生物科技有限公司王总、广升先生。

下图为王广升先生倾心设计、打造，致力于推广而未成的“森林之魂”厕所的外观和室内现场图。

路径依赖是最强大的对手

三种替代方案，没有一种在技术上存在不可逾越的障碍，但为什么它们没有推广开？

原因一：抽水马桶已经嵌入整个城市和建筑体系。数十万、数百万公里的地下管网、数以亿计的卫生间装修、整部建筑给排水设计规范——围绕抽水马桶形成的产业和标准体系。若想把厕所污水和其他生活污水、工业污水、医用污水等区分排放，难度超乎想象。

原因二：成本和观念。 真空厕所的单体成本高于抽水马桶；源分离厕所需要使用者改变习惯（"分开处理接受吗？"）；堆肥厕所需要定期维护。这些"额外成本"在现有系统面前显得没有竞争力——因为现有系统把处理排泄物的大部分成本转移给了市政财政和自然环境，使用者感受不到真实成本。

原因三：没有紧迫感。土壤退化是一个缓慢的过程。今天土壤里的有机质下降1%，不会有人觉得饥饿；今天蔬菜里的营养素即便已经减少5%、25%以至于50%，也不会有人意识到自己生病进医院与此有关。但现实是迫切的，如果这样的情况得不到改变，从个人健康到文明进步，代价都是惨重的。（可参阅本号上一期发布的《你吃饱了吗——隐形饥饿会有什么后果？》）

五、第三次厕所革命的本质：从线性到循环

抽水马桶是工业文明的产物，而工业文明的底层逻辑是线性的：取→用→弃。

从自然界获取干净的淡水，用它运送排泄物，然后花费巨大代价、浪费大量能源把水"净化"到勉强能还回去的水平。不达标排放水以及无处安放的污泥，造成了不可逆的污染；从土地中取走的养分，再也没有回到土地。

第三次厕所革命要改变的，就是这条线性链条。

它要恢复的是农业文明的循环智慧——不同的是，这次要用现代技术来实现。

真空抽吸、源分离、生物降解……这些技术的本质，是在"冲走"和"留下"之间做不同的取舍。

抽水马桶选择了"冲走"——把排泄物和所有问题一起冲进管道，然后做鸵鸟状，把头伸进沙堆，假装问题解决了。第三次革命要选择的，是"留下"——留下水、留下养分、留下循环的可能。

这不是技术失败——恰恰相反，抽水马桶在卫生学上取得了巨大成功，并且助力了城市建设的成功。这是系统设计的失败：把一个为"清除"设计的系统，当成了唯一可行的系统，而忽略了"清除"的代价正在以另一种形式反弹回来。

土壤板结、化肥依赖、地下水污染、地面水体富营养化、人类食物营养密度下降——这些看似不相关的问题，追根溯源，都和那个每天冲几次水的陶瓷器具有关。

这不是技术的失误，这是文明的失误，而失误的纠正，需要一次新的革命。

六、第三次厕所革命，谁来做？

改造一个深嵌在城市肌理中的系统，需要三种力量的协同：

一是认知觉醒。大多数人从未想过，"冲水之后"发生了什么。当一个人意识到自己的排泄物中含有可以滋养一株番茄的所有养分，当一个人知道每次冲水消耗的淡水资源可供一个干旱地区家庭一天的基本饮用，当每次冲水都有一种不安——认知改变才会发生。

二是政策引导。值得关注的是，一些国家已经将营养回收上升为法律要求，而不仅仅是技术探索。

例如，瑞典在磷回收立法方面走在前列。早在2018年，瑞典环境保护署（Naturvårdsverket）即向政府提交了"可持续污泥管理"（Hållbar slamhantering）专项报告，提出从污泥中强制回收磷资源的立法建议。2021年，瑞典通过相关立法修订，要求一定规模以上的污水处理厂必须对污泥中的磷进行回收，并设定了到2030年实现磷回收率达到60%的目标【15】。根据新规，大型污水处理厂（服务人口2万当量以上）被要求统筹磷回收计划，新建设施必须配置磷回收工艺。瑞典的磷回收路径重点放在污泥焚烧后的灰分提取上——将污泥焚烧后的灰分进行化学处理，从中提取磷制成磷肥，这一技术路线已在赫尔辛堡等城市的污水厂得到示范性应用。该法规的另一重要内容是逐步收紧污泥直接农用的许可条件，最终目标是推动从"污泥土地利用"到"磷资源工业回收"的转型。

德国走得更快。2023年，德国修订了《污泥条例》（AbfKlärV 2017），明确规定从2029年起，所有服务人口超过10万的污水处理厂必须从污泥或其焚烧灰中回收磷；2032年起，这一义务扩展到服务人口超过5万的污水处理厂。该法规同时要求污泥中的磷回收效率必须达到50%以上，回收后的磷产品可用于肥料生产。德国联邦教育研究部（BMBF）也长期资助可持续卫生系统研究项目，如"Sanitation 21"和"WATERKNOT"。德瑞两国的经验表明，磷回收从技术研发走向规模化应用，最关键的推动力不是技术突破，而是立法强制【16】。

瑞士同样于2016年修订了《环境保护法》，要求所有污水处理厂必须从污泥和焚烧灰中回收磷。瑞士的法规不仅覆盖大型污水厂，还对污泥焚烧灰的磷回收提出了明确的时间表和技术路线图【17】。

应该说，这些政策聚焦于污水处理环节（即"冲走之后"），在深层逻辑上与作为第三次厕所革命宗旨的循环思维有一定的一致性——已经有了相当程度的进步，但却依然是对抽水马桶技术体系的修补，作用十分有限。污泥焚烧，即便收回了磷，也只是用于制造化肥，污泥中宝贵的有机质一去不复返。

三是技术创新和成本下降。真空厕所需要更便宜，源分离设备需要更易维护，堆肥处理需要更稳定。这些都是具体的技术问题，但也都可解。盖茨基金会的"Reinvent the Toilet"项目已经证明，当足够的资源集中在技术攻克上时，进步是迅速的。

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参考文献

【1】刘敦桢. 中国古代建筑史（第二版）. 中国建筑工业出版社, 1984.（书中对古代居住卫生设施的论述）

【2】Hanley, S. B. (1997). Everyday Things in Premodern Japan: The Hidden Legacy of Material Culture. University of California Press.（书中对江户时代城市废物利用的讨论）

【3】Halliday, S. (1999). The Great Stink of London: Sir Joseph Bazalgette and the Cleansing of the Victorian Capital. The History Press.（1858年伦敦大恶臭与下水道工程史）

【4】George, R. (2008). The Big Necessity: The Unmentionable World of Human Waste and Why It Matters. Metropolitan Books.（一本通俗可读的全球厕所史）

【5】Davis, D. R., Epp, M. D., & Riordan, H. D. (2004). Changes in USDA food composition data for 43 garden crops, 1950 to 1999. Journal of the American College of Nutrition, 23(6), 669-682. doi:10.1080/07315724.2004.10719409（43种果蔬营养素下降的经典研究）

【6】GB 18918-2002, 城镇污水处理厂污染物排放标准. 中国环境科学出版社, 2002. / GB 3838-2002, 地表水环境质量标准. 中国环境科学出版社, 2002.（中国城镇污水处理厂排放标准与地表水标准）

【7】World Bank. (2018). The Hidden Costs of Inadequate Sanitation: A Review of the Literature. Water Global Practice Discussion Paper.（发展中国家卫生设施不足的隐性成本）

【8】Otterpohl, R., Grottker, M., & Lange, J. (1997). Sustainable water and waste management in urban areas. Water Science and Technology, 35(9), 121-133. doi:10.1016/S0273-1223(97)00190-X（真空排污与源分离技术的早期综述）

【9】Pandey, P. K., et al. (2014). Vacuum sewer systems: A review of design, operation and maintenance. Journal of Environmental Management, 146, 33-43.（真空排污系统综述，含瑞典案例）

【10】Jönsson, H., et al. (2004). Guidelines on the Use of Urine and Faeces in Crop Production. EcoSanRes Publication Series.（斯德哥尔摩环境研究所发布的源分离应用指南）

【11】Larsen, T. A., & Gujer, W. (1996). Separate management of anthropogenic nutrient solutions (human urine). Water Science and Technology, 34(3-4), 87-94. doi:10.1016/0273-1223(96)00560-4（Eawag研究所源分离的开创性论文）

【12】Otterpohl, R. (2002). Options for alternative types of sewerage and treatment systems directed to improvement of the overall performance. Water Science and Technology, 45(3), 149-158.（德国可持续卫生系统方案）

【13】Winblad, U., et al. (2004). Ecological Sanitation (2nd ed.). Stockholm Environment Institute.（生态卫生领域的基础性著作，包含日本堆肥厕所案例）

【14】Bill & Melinda Gates Foundation. (2011). Reinvent the Toilet Challenge: Strategy Overview. BMGF.（盖茨基金会"重新发明厕所"项目概述，含技术路线图）

【15】Naturvårdsverket. (2020). Hållbar slamhantering: Redovisning av ett regeringsuppdrag. Rapport 6926. Swedish Environmental Protection Agency.（瑞典环境保护署"可持续污泥管理"报告，提出磷回收目标）

【16】AbfKlärV (2017). Klärschlammverordnung: Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung. Bundesgesetzblatt Jahrgang 2017 Teil I Nr. 65.（德国污泥条例，规定磷回收时间表）

【17】Bundesrat der Schweiz. (2015). Änderung der Gewässerschutzverordnung betreffend die Phosphor-Rückgewinnung. BBl 2015 6749.（瑞士《水保护条例》修订，要求磷回收）