发布时间：2021-02-25所属分类：农业论文浏览：1次
摘 要： 摘要环境卫生文明是人类文明的重要标志。基于水冲厕所+管道排放的末端处理模式是人类开发的第一种实现环境卫生现代化的路径，技术成熟但局限性大。本文重点论述乡村分散污水处理的应用，并以常熟市为例介绍了县域污水统筹处理，进而提出乡村环境卫生资源化综
摘 要 环境卫生文明是人类文明的重要标志。基于“水冲厕所+管道排放”的末端处理模式是人类开发的第一种实现环境卫生现代化的路径，技术成熟但局限性大。本文重点论述乡村分散污水处理的应用，并以常熟市为例介绍了县域污水统筹处理，进而提出乡村环境卫生资源化综合治理的方案。乡村环境卫生资源化综合治理的核心是将粪尿和餐厨废物转化为以肥料为主的资源并回用于农田施肥，关键技术原则是源头分离分类、生产生活协同、就近就地处理利用，符合可持续发展的要求。
关键词 乡村;环境卫生;厕所革命;资源化综合治理;分散污水处理
新时期乡村环境卫生治理的系统需求
人类环境卫生文明进步的阶梯
环境卫生治理泛指人类处理处置自身排泄物等生活废物(包括气、固、液三种形态)以及在清洗身体、生活用品和生活场所等活动中所产生的废水的过程。“生活卫生”这个词与“清洁”相关联时有两重含义，第一重含义是“保持人体自身的清洁”，对应于英语中的“hygiene”;第二重含义是“保持生活场所的清洁”，对应于英语中的“sanitation”。在传统的生活方式下，人们的用水量和对物质的消耗都极小，生活卫生的过程几乎不会对环境产生有害的排放。随着现代生活方式的产生和普及，生活中所排放的废物、废水越来越多，尤其当大量人口集中居住时，排放的有机质、氮、磷等物质超过生态环境的承载力，从而导致环境污染，现代意义的环境卫生(environmentalsanitation)因应这种需求而产生。
环境卫生文明是人类文明的重要标志，迄今共有五个发展的阶梯，如图1所示。第一层阶梯是“卫生(hygiene)”—防止人体对粪尿等废物废水的暴露，这是最基本的健康需求;第二层阶梯是“舒适(esthetics)”，这是对“美”的追求，实质是隔除人体感官对不良气味、视觉等的暴露，进而对人体暴露进行预警，反映了更高层次的健康追求。在传统的生活方式下，只要人们勤快些、讲究些，“卫生”和“舒适”均可以通过简单的劳作来实现。随着近代管道供水和排水技术的出现，尤其是水冲厕所的发明，人们可以通过以“机器”为代表的现代化工具实现“卫生”和“舒适”的目标，使如厕和清扫都变得更加便利，这是现代生活方式的标志性事件，代表着环境卫生文明的第三层阶梯。为了控制现代生活方式所导致的环境污染问题，人类又发明了污水和垃圾处理，目的是让最终排放的污水和垃圾符合某种设定的“环境标准”，这是文明的第四层阶梯，可以称为“达标排放”。有必要说明的是，现有的环境排放标准都是技术经济与环境需求妥协的产物，达标排放并不等同于没有污染，而且当前人类在实现环境卫生的同时，需要消耗很多水、物资、能源，对生活废物中的有用资源回收利用的水平也很低。为此，人们提出可持续发展的目标，这是第五层阶梯，也是目前人类所能看到的环境卫生文明的最高境界。
由于没有管道，传统厕所一般只能把粪尿暂存在下部设置的容器内，因此不宜在起居室内安装，其清扫及转运也需要依赖人力操作。人类发明的第一种实现环境卫生现代化的路径是以“水冲厕所+管道排水+污水处理”为标志的技术系统。在水冲厕所中，水不但作为便器清洁的介质，更主要的是作为水力输送的介质。普通的下水道的排水动力是水力自重，为了保证厕所废物不至于在管道内沉积，必须有足够的水量才能维持所需的流速，这是水冲厕所需要大量水的原因。众所周知，人粪尿在我国的传统农业中是举足轻重的肥料来源，直到20世纪90年代，城市环卫将收集的粪尿出售给农民做肥料仍是普遍的做法。但是将传统厕所改成水冲厕所后，所排的废水浓度太低，并且还会进一步地在下水道中与其他废水混合排放，因此没有作为肥料利用的价值。为了满足环境排放的要求，人们不得不在下水道的末端对污水进行处理，因此第一种实现环境卫生现代化的路径也叫“末端处理模式”。尽管人们想方设法回收污水垃圾中的有用资源、减少末端处理的成本，但总体而言进展不大，大幅度回收资源和降低成本的前景都很有限。
当前我国各地都在开展轰轰烈烈的农村改厕运动，除少数经济不发达的北方地区还主张安装旱厕之外，多数地区及农户都更乐意安装水冲厕所。但目前有能力为农村建设完整下水道和污水处理设施的地区还很少，因此旱厕改水厕存在巨大的环境隐忧，也为未来沉重的财政负担埋下伏笔。
乡村环境卫生治理的系统思维
粪尿排放及厕所在乡村环境卫生治理中最令人关注，但是完整的乡村环境卫生治理的对象还包括餐厨、洗涤和清扫等环节所产生的废物、废水。乡村环境卫生治理的技术系统与需求如图2所示。
尽管我国各地乡村发展的水平有很大差距，但新时期的厕所革命显然不同于新中国成立之初的爱国卫生运动和20世纪90年代的改水改厕行动，必须要将乡村环境卫生现代化提到议事日程上来[1]。基于基础设施建设的规律性，对于发达和中等发达的乡村，在规划和建设时应尽可能一步到位，实现环境卫生治理的现代化。实现现代化最主要的投入在改善便利性方面，因此对于落后、偏远或者基础条件不足的乡村，可以考虑分两步走，第一步先使系统设施的卫生性和舒适性达到现代水准，并对粪尿进行资源化的利用，第二步待条件改善后再进行彻底的现代化改造。乡村环境卫生治理必须要有系统思维，可以用“一个宗旨、两条基准、三位一体、四项统筹”来进行概括。
“一个宗旨”：必须以实现乡村环境卫生基础设施与服务体系的现代化为最终目标，一张蓝图绘到底，避免短期行为。
“两条基准”：一是满足乡村居民对改善生活卫生条件的需求;二是满足生态环境保护的要求，实事求是，务求实效。
“三位一体”：室内卫生、公共排水或废物收集、终端污染控制三个技术环节必须是一个整体，切忌割裂建设和运行管理。单个环节的最优并不等同于系统最优。任何一个环节的缺失或者运转不良，都会使整体无法运转或宕机。
“四项统筹”：一是统筹废水和废物治理。废水和废物一体化治理的意义在乡村尤显重要[2]，应该从系统优化的角度进行设计。二是生活和生产统筹[3]。无论是人的粪便、畜禽粪便还是农业秸秆，都是源自农业、源自大地，回归农田利用还可以减少化肥的污染问题。三是区域统筹[4]。乡村居住分散、聚落规模小，通过区域统一建设、统一运行有利于提高集约化程度、降低运作成本。四是近期与远期要统筹，近期目标要服从于总体目标，并且在分步建设中要注意过渡性投资与永久性投资的统筹，避免浪费。
乡村环境卫生治理的管理需求
乡村环境卫生治理最终落实在基础设施与服务系统的建设和运行上，在表面上看属于技术问题，但高效实施的前提和保障在于管理。技术系统的不同组成部分有不同的利益属性，室内部分具有显著的私有性，社区环境和生态环境虽都有公共属性，但利益主体也不完全重叠，这些都增加了管理的难度。当前在乡村环境卫生治理中出现的问题，技术缺乏都是表象，背后往往都隐藏着管理问题。
我国应尽快建立乡村环境卫生治理的管理体系[4]，重点要解决以下问题。
第一，责任管理。一是明确乡村居民作为清洁卫生与污染排放主体的责任，同时明确城市居民与企业作为区域图2乡村环境卫生治理的技术系统环境卫生与污染治理共同利益人的责任。通过立法为从源头上解决乡村环境卫生治理所需要的资金与资源供给的问题提供依据。二是明确各级政府统筹资金、组织及管理乡村环境卫生治理的责任，为持久和有序推进乡村环境卫生治理奠定依法行政的基础。
第二，行业管理。乡村环境治理的技术系统有着显著的公共基础设施建设与服务的特征。政府必须发挥主导性的组织和管理责任，其中涉及技术组织和管理的内容需要落实在行业管理上，包括全国及区域性的治理规划、技术标准与行业监管、行业支持(公益研发咨询、面向公众的宣传教育、行业培训等)。
第三，项目管理。针对建设与运行维护的需求，我国适宜以县域为基本单元规划和组织开展乡村环境卫生治理，统筹各种资源，统筹多元目标，提高工程绩效。在具体工程项目的组织实施中，提倡政府—企业—农民(农业生产)三方合作。尤其是当有再生资源需要回用于农业生产时，农民或农业生产者的积极参与具有特别重要的意义，建议各地积极探索落地的具体形式。
第一种现代化实现路径与常熟案例基于“水冲厕所+管道排放”的末端处理技术是人类发明的第一种实现环境卫生现代化的路径，在全世界的城市和发达的乡村得到普遍应用，其基本特征包括以下四个方面。第一，生活卫生排放划分为污水和垃圾，并归属不同的部门与行业管理。第二，通常将所有废水混合在一起排放，成为生活污水。第三，虽然倡导垃圾分类，但实施上的管理难度颇大，世界上只有少数国家取得成功。第四，污水通过污水处理厂(站)进行处理，达标后排放或再生回用;垃圾主要通过填埋或焚烧的方式进行处理处置。垃圾的资源化特别依赖分类收集。
与垃圾相比，乡村生活污水处理的技术难度更大，所需投资也更大，因此本文重点讨论第一种现代化路径下的乡村污水处理问题。
乡村污水处理的模式与技术选择
将乡村污水合并到城市进行处理，或者将广大范围内的乡村污水汇集在一起进行处理，在本质上与城市污水处理没有区别，主要任务都是铺设下水道和建设运行污水处理厂。人类在这方面已经有超过100年的大规模应用和研发的历史。本文重点讨论对乡村污水进行就近就地的处理，也就是分散污水处理。
乡村居民居住分散，一是聚落规模小，二是人口密度小，这意味着要把广大范围的乡村污水收集在一起进行处理，管道铺设方面的成本在多数情况下都会高到难以接受。为此，人们发明了村组(社区)污水处理和分户污水处理的方式，统称为分散污水处理(相对于城市大规模、区域集中收集的污水处理而言)。与集中污水处理相比，分散污水处理有很多优势。第一，可依据住宅和社区建设的进度和空间布局灵活设置，避免复杂的规划需求。第二，处理后的污水分散排放，易于充分利用有利生态条件，消纳或进一步降低污染，从而可以放宽污水处理设施排水的水质要求;发达国家对小于50吨/天的分散污水处理普遍没有强制性的排放水质标准。第三，污水分散排放还有利于生态补水，再生水回用的输水成本也较低。经过40多年的大规模应用与研发，目前分散污水处理的控污性能已经完全可以与集中处理相媲美，并且随着制造、安装和运维等工程化技术的进步，综合污水收集和处理的成本过高，在多数的乡村分散污水处理的方式要比集中处理的方式更为经济。分散污水处理的缺点是终端污水处理的设施缺乏规模效应，处理每吨污水的设施投资和运行成本都要比集中污水处理厂更高。分户污水处理是最为分散的排水和污水处理方式，又称就地处理(onsitetreatment)，其最大的特点和优势是无需铺设公共下水道，污水处理设施属于住宅的附属设施，就近设置，因此其优点还包括污水处理设施可以纳入私有财产管理，最大限度地避免公共排水中常常遇到的“邻避问题”。
相关期刊推荐：《环境保护》EnvironmentalProtection(半月刊)1973年创刊，环保科技刊物。宣传我国环境保护的方针政策、法制与管理，报道环境保护领域的科技成果，内容涉及污染防治技术、监测与评价、环境标准、环境经济、环境与健康等方面，介绍国内外环保的新技术，交流各地环保先进工作经验。
村组(社区)污水处理，有时候也称为组团处理(clustertreatment)，是对相对独立的聚落内的生活污水进行统一收集、统一处理的排水与污水处理方式，因此村组污水处理的公共设施包括覆盖村组(社区)的小型下水道系统和污水处理站。村组处理的优势和劣势都是介于集中处理与分户处理之间。
集中处理、村组处理、分户处理的集中性和分散性都是相对的，在规划设置时除了考虑社会性和环境性的因素外，重点是比较生命周期内的排水和污水处理的总成本[5]。对此可以请规划设计人员进行专门的技术经济比较，没有必要预先在地图上画线，规定多少公里之内适宜集中、多少公里之外适宜分散，因为下水道的修建成本是污水处理投资的最大变量，不仅受管道长度的影响，而且受地面障碍和地下施工条件的影响也极大。
生活污水处理需要控制的主要污染指标包括有机物(以COD表示)、氨氮、总氮和总磷等，主要的技术原理以微生物对污染物的生化分解为主，辅助物化处理等手段以强化污染控制效果。分散污水处理设施的工艺技术与大型污水处理厂的工艺技术最主要的差异在于，前者在工艺的选择、反应器的结构和工艺参数的设置方面针对小微型排水的水质、水量特点进行了适应性的安排。乡村拥有相对有利的土地等自然条件，因此分散污水处理也比较适宜采用强化自然处理的方式，即生态处理。
农村污水处理的工艺类型和技术形式十分繁杂，可按照处理器设置的方式分为构造型处理、强化自然处理和组合型处理三种类型[6-7]。第一，构造型处理。以现场建造的构筑物或工厂预制的反应器为主，通过高度可控的生物化学与物理化学反应，获得高速高效的废水净化效果。构造型处理的典型特征是需要通过人工曝气的方式给生化反应提供氧气。构造型处理的工艺类型很多，适用于农村污水处理的主要有：(1)生物膜法，如生物接触氧化、生物曝气滤池、生物转盘、生物滴滤塔;(2)改良活性污泥法，如续批反应器工艺(SBR)、膜—生物反应器工艺(MBR)。构造型处理所需要的反应容器和设备既可以在现场用混凝土构筑和安装，也可以在工厂进行一体化预制，然后运到现场安装。比较而言，小微型的处理适宜采用后者。
构造型处理是人工强化程度最高的污水处理形式，优点是可控性强，受自然条件限制较少，易于标准化，效果稳定;缺点是建设与运行成本高。构造型技术适用于人口密集、可利用的土地等自然资源有限的场合。
第二，生态处理。它是利用人工强化或构建的土壤、湿地、水塘等生态系统对污染物质的消纳能力进行污水处理的方法。在人工强化的生态系统中，会同时发生微生物的分解作用、土壤等介质的拦截和吸附等作用、动物摄食作用、植物吸收作用等。生态处理中所需要的氧气主要来自自然的充氧过程。常见的生态处理工艺包括人工湿地、氧化塘、土壤渗滤等。
生态处理的优势在于可以发挥并强化自然界对有机质、氮、磷等主要污染指标的消纳能力，相比完全人工的构造型系统，可以降低处理器设置和运行的成本，尤其是可以利用土壤过滤吸附、植物吸收、动物捕食等复合的生态链作用，对水进行深度净化。
生态处理的弱点与优势共生。与构造型技术相比，生态系统操控较为困难，污染降解效率低，易受环境因素影响，处理效果不稳定。在自然资源很丰富的情况下，生态处理不失为一种好的办法，尤其可以与景观建设协同一体化。但在自然资源紧张、土地价值较高、追求高效快速除污的情况下，生态处理则有不可承受之重。
第三，构造—生态组合处理技术。构造型处理最大的优势是易于实现高强度的好氧生物处理，高效、高速地去除COD和氨氮等污染物质;生态处理最大的优势则是可以通过复合的生态链作用，深度地去除各种污染物质，并且易于实现高效低成本除磷。鉴于此，人们提出构造—生态组合处理技术，通常在前段采用构造型处理以求高效脱除有机质和总氮，后段采用生态型处理来除磷并强化水质净化。组合方式可以灵活多样。
从总体上来讲，分散污水处理的技术已经发展得很成熟。我国开展的相关研究很多，在实验室研究方面已经与世界同步甚至处于世界领先地位，但我国至今仍未形成高效的工程化技术储备，包括规模化生产制造、大批量建设与运行维护的技术。目前适用于农村地区应用的分散污水处理技术很多，关键是必须保证建设与运行资金充足，防止以次充好、偷工减料。在同等的科技与制造水平下，不同的工艺或技术的差异，往往是技术经济与性能的交换。各地应根据自身的特点和需求进行选择，尊重技术规律。总体而言，在土地资源比较紧张的地区，应优先选用构造型的技术。另外从长远看，我国人工成本上升速度很快，建议在基础设施建设时要有一定的前瞻性，适当提升设备设施的技术先进性，减少对人力的需求。——论文作者：范彬张玉李亚惠吕明环JeanJoëlRolandKinhoun朱仕坤钱婷婷
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