基于生命周期理論的我國農(nóng)村污水處理探討

納麗萍，馬航海

（1.西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州730030;2.西北民族大學(xué)土木學(xué)院，甘肅蘭州 730030）

隨著我國節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施，我國大約90%以上的城市和60%以上的縣城均建成了污水處理廠并投入了運(yùn)行，全國城市污水處理率接近80%。然而，直到2013年，我國農(nóng)村的污水處理率僅為7%，遠(yuǎn)低于我國城鎮(zhèn)生活污水處理率［1］。而且大部分地區(qū)的農(nóng)村污水處理仍停留在工程示范階段，甚至有些污水處理設(shè)施形同虛設(shè)，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。主要原因在于:其一，我國環(huán)境保護(hù)工作一直把重點(diǎn)放在城市環(huán)境和主要污染源的控制，農(nóng)村的環(huán)境保護(hù)工作沒有得到充分的重視，農(nóng)村污水處理方面的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)及政策都很不完善;其二，我國農(nóng)村污水處理在管理模式、資金保障及運(yùn)行機(jī)制方面存在很大不足;其三，我國地域幅員遼闊，村落分散，地理環(huán)境各異，大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)沒有完整的污水收集系統(tǒng)，給污水處理帶來很大困難。

1 我國農(nóng)村污水的來源、特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀

1.1 我國農(nóng)村污水的來源、特點(diǎn) 我國農(nóng)村污水主要來源于農(nóng)業(yè)種植、畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖和人類生活三方面，主要污染物為COD、SS、氮、磷以及病原微生物。農(nóng)村污水主要以隨意、明渠、暗渠等未經(jīng)處理的方式直接排入水體，必將導(dǎo)致河流水質(zhì)惡化、水體服務(wù)功能下降、湖泊富營養(yǎng)化加劇、地下水硝酸鹽污染［2］。

由于我國農(nóng)村人口分布廣泛且分散，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及居民生活方式有較大差異，使農(nóng)村污水具有以下特點(diǎn):①農(nóng)村污水主要為生活污水和種植、養(yǎng)殖廢水，重金屬和有毒有害物質(zhì)含量較少，含有一定量的氮和磷，可生化性好;②農(nóng)村污水水量、水質(zhì)變化大，日變化系數(shù)一般為3.0～5.0。水量、水質(zhì)在不同地區(qū)、不同時間有明顯的差異，污水排放呈不連續(xù)狀態(tài);③農(nóng)村地區(qū)人口居住分散，大部分農(nóng)村沒有完整的排水系統(tǒng)，污水難以集中收集且收集率較低［3-4］。

1.2 我國農(nóng)村污水主要處理技術(shù) 農(nóng)村地區(qū)的社會組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)水平和生活方式與城市相比有很大不同。因此，農(nóng)村污水在處理模式、建設(shè)規(guī)模、運(yùn)行體制方面與城市污水處理有較大差別。目前，我國農(nóng)村污水處理方式主要分為集中式和分散式兩大類［3，5-8］。

1.2.1 集中式農(nóng)村污水處理。集中式農(nóng)村污水處理模式主要適用于人口密度大、污水量相對集中且易于收集的區(qū)域。這些區(qū)域一般為城鄉(xiāng)結(jié)合部，由于外來人口的流入使得該區(qū)域人口規(guī)模較城市遠(yuǎn)郊大，離近郊城鎮(zhèn)污水排水管網(wǎng)較近，管道敷設(shè)費(fèi)用較污水直接處理經(jīng)濟(jì)。集中式處理工藝主要為預(yù)處理工藝和生物處理工藝或預(yù)處理和土地處理技術(shù)，常見的有預(yù)處理+生物接觸氧化、預(yù)處理+氧化溝、預(yù)處理+人工濕地、預(yù)處理+穩(wěn)定塘等。

1.2.2 分散式農(nóng)村污水處理。我國農(nóng)村地域遼闊，人口規(guī)模大且居住相對分散，污水隨意排放，難于收集。采用分散式處理技術(shù)可實(shí)現(xiàn)污水就地、就近處理。分散處理工藝主要以自然生態(tài)處理模式為主，以村落或家庭為單位，采用投資省、無動力或低能耗的處理技術(shù)。主要的處理技術(shù)有土壤滲濾系統(tǒng)處理技術(shù)、人工濕地處理技術(shù)、穩(wěn)定塘處理技術(shù)、一體化污水處理技術(shù)、凈化沼氣處理技術(shù)、蚯蚓生態(tài)濾池技術(shù)、毛細(xì)管潤濕污水自然凈化法、凈化槽、高效藻類塘等。

2 生命周期理論在污水處理中的適用性

生命周期理論應(yīng)用十分廣泛，涉及政治、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、技術(shù)、社會等諸多領(lǐng)域。生命周期(LCA)可定義為:“匯總和評估一個產(chǎn)品(或服務(wù))體系在其整個生命周期內(nèi)的所有投入及產(chǎn)出對環(huán)境造成的和潛在的影響的方法”［9］。若把污水處理系統(tǒng)視為分析對象，則其生命周期包括了污水處理系統(tǒng)從建設(shè)、運(yùn)行至期滿報(bào)廢全過程。自然界為其提供了最初資源、能源，經(jīng)過開采、冶煉、加工至施工建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、報(bào)廢拆除，構(gòu)成一個物質(zhì)轉(zhuǎn)化的生命周期。

2.1 污水處理廠環(huán)境效益的生命周期評價 污水處理廠的生命周期開始于原料的開采，終結(jié)于期滿報(bào)廢，整個過程會向大氣、水體排放出各種污染環(huán)境的有害物質(zhì)，還會產(chǎn)生固態(tài)廢棄物。因此，污水處理廠從“搖籃”到“墳?zāi)埂钡纳芷诳煽醋鍪┕そㄔO(shè)階段、生產(chǎn)運(yùn)行階段和拆除階段［10］，其對環(huán)境可能帶來的影響見表1。

表1 污水處理廠生命周期可能產(chǎn)生的環(huán)境影響［10］

2.2 污水處理廠生命周期成本評價 污水處理設(shè)施的生命周期成本可以分為4個部分:規(guī)劃設(shè)計(jì)成本(建設(shè)許可，工程設(shè)計(jì)規(guī)劃，工程選址，招標(biāo)工作)、施工建設(shè)成本(購買、安裝設(shè)備，工程、管網(wǎng)建設(shè)施工，土地購置，委托成本)、運(yùn)行管理成本(工程能耗，藥劑投入，污泥處置，人員工資)和廢棄成本(工程拆除，環(huán)境修復(fù)，資源回收)［1］，此外還有部分隱形成本。由于污水廠設(shè)計(jì)運(yùn)行的生命周期為20年以上，設(shè)備壽命一般為10年左右，若某地農(nóng)村投入150萬元建設(shè)的處理設(shè)施設(shè)計(jì)運(yùn)行40年，但5年左右就因?yàn)闊o法正常運(yùn)行而廢棄，此時實(shí)際的噸水處理成本將是規(guī)劃設(shè)計(jì)噸水成本的數(shù)倍，其中的隱形成本占較大比例。

2.3 國外農(nóng)村污水處理中生命周期有效性模式 由于污水處理系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行年限對方案的成本有效性影響很大，發(fā)達(dá)國家在農(nóng)村生活污水處理方面不斷探索成本有效性模式，從靜態(tài)的成本有效轉(zhuǎn)向生命周期的成本有效，積極將市場主體和用戶主體納入農(nóng)村污水治理責(zé)任主體中。在農(nóng)村污水處理方面，美國、歐盟、日本等國家和地區(qū)具有先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)［11-12］。

2.3.1 美國模式。美國在農(nóng)村污水處理方面實(shí)行多級別管理模式、多層次的行政責(zé)任機(jī)制和運(yùn)營體系及多渠道的融資手段。美國各級政府職責(zé)是頒布和執(zhí)行與污水處理系統(tǒng)相關(guān)的法律法規(guī)，提供資金和技術(shù)支持，監(jiān)督行政部門和其他管理實(shí)體對分散污水處理系統(tǒng)的管理工作。鎮(zhèn)、村政府負(fù)責(zé)規(guī)劃、批準(zhǔn)、安裝分散式污水設(shè)施和執(zhí)行具體規(guī)定。運(yùn)營管理方面，美國重視用戶自覺制，用戶自己承擔(dān)污水處理設(shè)施的運(yùn)營管理義務(wù)。資金投入保證方面，美國聯(lián)邦、州級政府采取低息貸款取代直接資助的方式幫助農(nóng)村社區(qū)進(jìn)行污水處理設(shè)施的建設(shè)與改善，從而保持了周轉(zhuǎn)基金長期積累與有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3.2 歐盟模式。歐盟國家投入大量的資金鋪設(shè)集中式污水管道，在農(nóng)村污水處理方面實(shí)行責(zé)任主體制度。在意大利，各級政府分別負(fù)責(zé)國道、省道污水主干管網(wǎng)的建設(shè)，基層政府負(fù)責(zé)建設(shè)和投資農(nóng)村支管，農(nóng)民則承擔(dān)將公共管道連接到自己私有土地上的費(fèi)用。網(wǎng)管維護(hù)由政府承擔(dān)，農(nóng)村用戶按城鎮(zhèn)居民標(biāo)準(zhǔn)的30%向政府支付污水處理費(fèi)以實(shí)現(xiàn)運(yùn)營成本的回收。如果不能接上排污管道，則由專業(yè)服務(wù)公司幫助用戶建立家庭式污水儲存與凈化池，用戶需繳納一定的清理服務(wù)費(fèi)用，保證設(shè)備持續(xù)有效運(yùn)行。

2.3.3 日本模式。日本的農(nóng)村污水治理主要依據(jù)《凈化槽法》，村落公共污水處理設(shè)施由政府建設(shè)，國家和用戶各自承擔(dān)一定的建設(shè)和運(yùn)營成本。家庭自行建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的家庭式污水凈化設(shè)備，政府給予40%的資金支持與補(bǔ)助，家庭承擔(dān)60%的建設(shè)費(fèi)用。此外，家庭還需定期聘請專業(yè)人員對凈化設(shè)備進(jìn)行檢查、清潔與維護(hù)。這種由政府、用戶和第三方機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)污水處理責(zé)任的體制在很大程度上保證了日本農(nóng)村污水治理的質(zhì)量與效率。

3 基于生命周期成本理論處理農(nóng)村污水的啟示

我國農(nóng)村污水處理目前尚處在起步階段，即使部分城市的農(nóng)村污水處理率高于全國平均水平，但遠(yuǎn)低于城市污水處理率，甚至有些地區(qū)的農(nóng)村污水處理設(shè)施不能正常運(yùn)行而成為擺設(shè)［13-14］。農(nóng)村污水處理缺乏的不是技術(shù)而是合理的決策機(jī)制，只有綜合考慮規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理維護(hù)到最終廢棄的整個生命周期環(huán)節(jié)，才能確保我國農(nóng)村污水處理設(shè)施的有效運(yùn)行。

(1)規(guī)劃設(shè)計(jì)需考慮農(nóng)村人口遷移特點(diǎn)。我國正處于快速城市化進(jìn)程中，大量的農(nóng)村人口在城鄉(xiāng)之間大規(guī)模、快速遷移。外來人口主要流入沿海地區(qū)，人口流出較多的地區(qū)包括安徽、四川、河南等人口大?。?5］。流出人口絕大多數(shù)為農(nóng)村人口，對于流入地的人口導(dǎo)入?yún)^(qū)，其人口密度可能在很短的時間內(nèi)不亞于城鎮(zhèn)。如果這些區(qū)域長期規(guī)劃是發(fā)展成為城鎮(zhèn)化地區(qū)，那么規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮該區(qū)域的農(nóng)村污水直接接入市政管網(wǎng)集中處理模式的生命周期成本的有效性。而人口流出地的農(nóng)村地區(qū)，隨著青壯勞動力的快速流失，只剩下留守老人和兒童，空心化和老齡化特征凸顯。這些區(qū)域如果未來人口流失非常徹底，規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就有必要考慮利用自然生態(tài)凈化能力處理農(nóng)村污水的可行性。若區(qū)域發(fā)展前景不明確，農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的規(guī)劃年限可適當(dāng)縮短，以提高成本的有效性。

(2)農(nóng)村污水處理方案需因地制宜。我國農(nóng)村地區(qū)總體特點(diǎn)為村落分散、南北方農(nóng)村居民生活習(xí)慣差異較大、各地自然環(huán)境各異，因而在農(nóng)村污水處理方案比選中應(yīng)以生命周期成本有效性為基準(zhǔn)。農(nóng)村污水處理設(shè)施不僅在建設(shè)方面要結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展趨勢，在運(yùn)行和管理方面依然應(yīng)考慮方案的適宜性。

(3)強(qiáng)化村集體和村民責(zé)任主體意識。農(nóng)村污水處理設(shè)施屬于混合公共物品的范疇，我國在農(nóng)村污水處理方面一直是政府唱獨(dú)角戲，村集體和村民既沒有參與方案的決策，也不分擔(dān)污水處理設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行的責(zé)任，這就很容易導(dǎo)致村民和村集體積極性降低，使得污水處理各環(huán)節(jié)成本居高不下。未來應(yīng)進(jìn)一步明確和強(qiáng)化村集體和村民應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任，使其能夠積極主動地對污水處理設(shè)施進(jìn)行管理和監(jiān)督，以降低污水處理設(shè)施生命周期其他環(huán)節(jié)成本，確保農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的有效運(yùn)行。

(4)積極引導(dǎo)各界力量參與農(nóng)村污水處理。污水處理是一項(xiàng)公用事業(yè)，盈利雖不高，但可以帶來很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。農(nóng)村污水治理過程中應(yīng)積極發(fā)揮政府、NGO和企業(yè)等各界力量，鼓勵各種社會力量進(jìn)入污水設(shè)施建設(shè)、保養(yǎng)和維護(hù)行業(yè)，逐步培育農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行的市場機(jī)制，鼓勵企業(yè)和民間資本進(jìn)入農(nóng)村污水處理事業(yè)，充分調(diào)動社會力量服務(wù)于農(nóng)村污水治理，使農(nóng)村污水處理設(shè)施不僅能建得起，還能用得起。

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