中國西部小城鎮環境基礎設施技術需求分析

摘要 中國西部地區地域遼闊，自然地理環境復雜多樣，經濟發展水平落后，能力建設水平較低，所需環境基礎設施(主要包括污水處理、垃圾處理和城鎮供水)建設技術不能照搬國外或東部發達地區現有的技術，為了深入了解西部小城鎮環境基礎設施現狀與技術總體需求狀況，開發適合中國西部小城鎮的環境基礎設施經濟適用技術，論文對西部30余個小城鎮的環境基礎設施狀況進行了調研，分析了適合中國西部小城鎮社會經濟狀況、自然條件的擬選經濟適用技術，以期為技術開發和集成提供參考。

關鍵詞 西部小城鎮；環境基礎設施；經濟適用技術；技術需求

中圖分類號 X51/593

文獻標識碼 A

文章編號 1002-2104(2007)02-0058-05

中國西部地區包括西北、西南的12個省(市區)，全國78%的少數民族分布在這個地區^[1]。該地區地域遼闊，自然資源豐富，總面積686.7km²，占全國的71.5%；2002年末，總人口3.69億，占全國的28.8%，其中少數民族6 500萬人，占全國的65%^[2，3]。中國西部小城鎮共有7 500余個，約占全國小城鎮總數的1/3；西部小城鎮人口總數約5 500萬，占全國小城鎮人口總數的26%^[4]。

環境基礎設施是指與城鎮發展和居民生活密切相關的環境衛生基礎設施，主要包括排水系統、固體廢棄物處理系統和城鎮供水系統。由于西部小城鎮環境基礎設施短缺，生態環境脆弱且破壞嚴重，制約了相關經濟產業的發展，加劇了貧困。要解決環境基礎設施短缺問題不僅需要大量資金投入，而且需要一批適合當地條件的環境基礎設施建設技術。

論文在對西部30余個小城鎮進行了實地調研的基礎上，分析了西部小城鎮在當前社會經濟條件下對環境基礎設施的技術需求，以期為西部小城鎮環境基礎設施選用經濟適用技術提供參考。

1 中國西部小城鎮社會經濟、自然及環境基礎設施現狀

1.1 社會經濟發展概況

中國西部地區雖然是自然資源豐富區，但卻是社會經濟相對落后的地區^[5]。西部大開發戰略實施以來，西部經濟有了長足發展，但是與中部、東部經濟發展的差距仍在逐步擴大^[6]。從東部與西部人均GDP的比值看，2000年為2.42∶1，2001年為2.56∶1，2002年為2.57∶1，2003年為2.62∶1，四年間由2.42∶1擴大到2.62∶1^[6]。

從東部與西部地區GDP總值來看，差距也在逐步擴大，2000年東部與西部GDP總值的比值為3.34∶1，到2003年增至3.45∶1^[7]。2003年西部農村貧困人口高達1.6億人，占全國農村貧困人口的48.18%。我國現有國家級貧困縣592個，其中366個在西部，占61.8%^[8]。

1.2 自然環境狀況

中國西部地區位于長江、黃河的上游，中亞荒漠區的東部邊緣，是中國重要的生態屏障，自然地理環境復雜多樣，氣候條件差異顯著，地質條件多變，地貌類型多樣^[8]。根據自然地理條件，氣候和生態環境特征的差異，西部地區可以分為高原低溫區、西北缺水區、西南丘陵地區(三峽庫區)。小城鎮環境基礎設施技術的研發，必須充分考慮西部不同區域的環境特點。根據不同的地勢和氣候條件，可以把調研地點分為以下幾個區，如表1所示。

1.3 西部小城鎮環境基礎設施現狀

自國家實施西部大開發戰略以來，加大了對西部地區基礎設施的投資，有效地促進了西部地區的發展。但由于籌資渠道單一，又缺乏政策和技術支持，西部地區污水收集和處理，城鎮供水和垃圾處理等環境基礎設施的發展水平遠遠低于全國和東部地區。2004年全國各地區城市污水處理和生活垃圾無害化處理情況如表2所示。

從統計數據可以發現：西部的城市污水處理率和生活垃圾無害化處理率要低于全國平均水平，遠遠低于東部發達地區。而且應該注意到的是，西部地區的大中城市的垃圾無害化處理率及城市污水處理率和東部相差不是很大，如果扣除大中城市的影響，西部小城鎮環境基礎設施的水平比東部小城鎮環境基礎設施的水平還要相差大一些。調研發現絕大多數西部小城鎮污水及垃圾處理設施尚未建設。

1.4 西部小城鎮環境基礎設施落后的原因

調研和分析發現中國西部小城鎮環境基礎設施落后的原因，主要有以下幾個方面：

(1)經濟發展水平落后，環境基礎設施投入不足，融資水平不高。環境基礎設施建設具有投資強度大、償還周期長等特點。西部地區是我國主要的經濟落后區，地方財力有限，主要依靠中央政府財政支持。同時居民收入較低，對于環境基礎設施運行費用的承受能力有限，導致投資和運行成本難于回收，很多企業不愿投資于西部小城鎮的環境基礎設施建設。再加上西部小城鎮在融資方式、融資渠道以及資金運作等方面的能力嚴重不足，導致很多融資機會的喪失。

(2)自然條件惡劣，建設難度大。西部地區自然條件惡劣，大部分為高原寒冷地區、地形高差大，地質條件復雜，交通不便等客觀條件，造成西部地區環境基礎設施建設所需投資較東部平原地區昂貴。例如東部地區污水處理投資平均在1 500元/(m³/d)左右，而三峽庫區的污水處理投資平均在2 500元/(m³/d)以上。

(3)缺乏經濟適用技術。隨著中國對環境污染治理的重視，污水處理技術突飛猛進。在中國東部地區，許多城鎮建設了污水處理廠，很多工藝都得到了運用，并取得了良好的運行效果，東部地區在污水處理技術研發、工程設計、施工建設和運行管理等方面積累較豐富的經驗，這些技術和經驗非常值得西部地區學習。但是西部小城鎮由于自身經濟實力不足，能力水平有限，自然條件惡劣等因素決定了不能照搬東部的成熟技術。西部小城鎮必須針對自身條件，研發、集成和優化一批適合西部小城鎮經濟能力、管理能力、運行能力的經濟適用技術。

(4)能力建設水平低。西部地區人口中受高中及以上教育水平者只占12.9%，受初中以下教育水平的占73.3%，受小學及小學以下教育水平者比例高達46%，西部文盲率為11.6%。具有高等文化程度人口比重低和文盲率高的特點^[10]。這種受教育比例遠不能滿足現代經濟對勞動者知識技能的需要，現實中也表現為高層次專業人員和勞動熟練工人嚴重缺乏，影響了西部經濟發展。

(5)市場化機制未建立。西部地區多數小城鎮環境基礎設施的建設、運營、管理，大多還主要是傳統的計劃經濟體制下運行，政企不分，法規不健全，經營性虧損的狀況十分突出，生產效率低下，成為了制約環境基礎設施發展的重要障礙。

2 環境基礎設施技術需求分析

2.1 污水處理技術需求分析

城鎮污水處理技術主要可分為常規處理工藝和生態處理工藝。常規處理工藝又分為懸浮生長的活性污泥法和固著生長的生物膜法兩大類。生態處理工藝主要有人工濕地、土地處理、曝氣塘和穩定塘等。常規處理主要依靠消耗能源和藥品來強化處理效果，處理效率高，占地小，但是能源消耗大，投資和運行費用高。生態處理工藝主要是人為模擬污水的自然處理過程，通過利用生物系統中的資源來發揮作用，其處理成本低、能耗很低，投資也往往比較低，其缺點是占地面積較大。目前，活性污泥法發展得相對較為完善，形成了A2/O法，AB法、氧化溝系列工藝、SBR系列工藝等一系列成熟工藝，而且仍在不斷得到改良和完善。活性污泥工藝比較適合在大中型污水處理廠采用。生物膜法是70年代逐步得到發展，并推廣應用的污水處理工藝，其代表性的工藝有：曝氣生物濾池、生物轉盤、接觸氧化和滴濾池等。生物膜法反應器內微生物停留時間長，種類多，能夠適應沖擊負荷和氣溫低等不利條件，比較適合在管理水平較低的中小型污水處理廠和自然條件較差或污水進水濃度低等不利情況下采用。近年來，生態處理工藝越來越受到重視，相關的研究和工程應用屢見不鮮，適合在有大塊荒廢地，氣候條件適宜的地區采用。

通過對中國西部小城鎮的實地調研和文獻分析，筆者認為中國西部小城鎮污水處理技術應具有以下幾方面的特點。

(1)投資省、運行費用低。由于西部地區自然和地理條件惡劣，經濟水平低下，籌資渠道單一，居民和企業單位在支付環保費用方面的承受能力有限等原因，所采用污水處理技術，應具備投資省、運行費用低的特點。

(2)操作管理簡單。西部小城鎮居民文盲率較高，缺乏現代管理人才和污水處理設施建設運行所需的專業技術型人才。在污水處理工藝技術選擇時，應盡量選用易于管理維護的污水處理工藝。

(3)抗沖擊負荷能力強。西部小城鎮大多城鎮規模小，城鎮人口少，所產生的污水水量和水質晝夜變化大。有些地區屬于風景旅游區，旺季時水量較大，淡季時水量就劇減。所以污水處理技術應具備較好的抗沖擊負荷能力和靈活的運行管理等特點。

(4)處理效果穩定可靠，具備脫氮除磷功能。中國西部地區地處中國幾個大水系的上游，是主要的水源區和飲用水源保護地，同時也是主要的風景旅游區，因此對處理出水水質要求較高。

(5)適合當地獨特的自然條件。我國西部地區地域跨度大，地形地質條件、自然氣候條件和人民生活習慣等差異很大，針對不同特點的區域宜采用不同的污水處理技術。

高原寒冷區：所需污水處理技術應具備在低溫條件下有良好穩定的處理效果，并且能夠適應當地晝夜溫差大，空氣中含氧量相對較低等自然條件，可以選用曝氣生物濾池、生物接觸氧化法、活性污泥和生物膜混合工藝、改良型SBR工藝等。對于地形相對較為平坦的地區，還可以選用改良型氧化溝、人工濕地、土地處理法等工藝技術。

西北缺水地區：污水處理技術宜簡易處理為主，同時強調水的回收利用，可以充分利用該地區廣大的沙漠化土地，大力推廣污水的土地處理技術。污水經處理后可作為市政雜用水或回灌地下水，一方面可解決水污染問題，另一方面可部分緩解水危機。

西南丘陵地區(三峽庫區)：西南丘陵地區以三峽庫區為代表，該地區的所選污水處理技術應具備占地小，尤其是單體構筑物占地小的特點。擬選用曝氣生物濾池、生物接觸氧化法、簡易SBR、BIOLAK等工藝。如果城鎮周圍有較大面積的荒地，則人工濕地技術是較為理想的選擇。人工濕地技術具有投資省、運行成本低、管理簡單的特點，而且水生植物在該地區能夠全年保持生長，保證冬季時處理效果。在地形較陡的情況下，還可以充分利用地形，進行自然曝氣復氧，提高處理效率。

平原地區：對于西北平原地區可以選用氧化溝系列工藝、BIOLAK、曝氣生物濾池、改良型SBR等工藝。對于西南平原地區可以選用氧化溝、A2/O、曝氣生物濾池、人工濕地、BIOLAK等工藝。

2.2 城鎮生活垃圾處理技術需求

厭氧消化等方式。衛生填埋是目前應用最為廣泛的一種垃圾處理技術。它技術簡單、管理方便、建設費用和運行成本低廉，而且是垃圾污染控制必不可少的最終手段。堆肥主要是降解、穩定垃圾中的有機物，可以實現垃圾的無害化和減量化，同時還產生可以作為農作物、果樹、園林綠化的肥料或土壤改良劑，該技術在多山、多旱地、苗木花卉種植廣的地區將會有很好的生命力和市場前景。肥料銷路的好壞對堆肥廠正常運行起到關鍵作用。焚燒是一種高溫熱處理技術，垃圾減量化效果好、消毒徹底、無害化程度高，是一種可同時實現垃圾無害化，減量化，資源化的處理技術。厭氧消化是近年來出現的一種垃圾處理新技術，利用厭氧微生物在缺氧或厭氧條件下，將垃圾中可降解的有機物快速轉化為甲烷、二氧化碳和穩定物質的生物化學過程。它與傳統的衛生填埋相比，將厭氧消化過程由幾年縮短到30天以內；與好氧堆肥相比，解決了占地大、處理時間長、管理復雜和有氣味等問題。厭氧消化處理過程具有生產過程全封閉、過程控制與操作自動化程度高、沼氣可回收利用等特點，可用于處理廚余、污泥、禽畜糞便等高有機含量的廢棄物。

中國西部小城鎮垃圾處理技術應滿足：①投資省、占地少、運行費用低；②工藝設備簡單，操作簡便，運行管理方便；③處理效果穩定可靠，處理副產品有較好的市場銷路；④適合當地獨特的自然、氣候、地理條件。

經過認真評價中國西部小城鎮的經濟承受能力、自然地理條件、管理操作水平等因素，結合近20多年來中國城鎮垃圾管理和處理技術應用的經驗與教訓，筆者認為中國西部地區小城鎮垃圾處理技術需求主要為：

(1)衛生填埋技術。中國西部地區地域遼闊，自然地理、氣候條件差異很大。結合不同自然地理氣候特點，應采用增加強化技術措施的衛生填埋技術。如以四川省的馬爾康、瀘定縣為代表的西部干旱、寒冷地區，蒸發量大于降雨量，宜采用垃圾滲濾液循環回灌的衛生填埋工藝，充分利用自然蒸發潛力，減少垃圾滲瀝液的處理量，甚至實現滲瀝液的零排放，同時加快垃圾的腐熟，從而大大降低垃圾衛生填埋的運行管理成本。

(2)垃圾堆肥處理技術。中國西部地區社會經濟結構主要以農業為主，而這些地區大多土地貧瘠。廣大農村地區的土壤改良需要大量的有機養分。目前大量的退耕還林、綠化建設也需要大量的有機肥，而有機垃圾是數量巨大可利用的養分資源。因此，通過合理的技術手段，將有機垃圾轉化為生態肥料，是化害為利，符合生態原理的城鎮生活垃圾處理技術路線。

對中國西部小城鎮，垃圾堆肥技術應主要采用工藝設備簡單、操作簡便、運行管理要求低的技術，如條垛堆肥、通風靜態條垛堆肥、好氧倉式堆肥、滲出液循環接種強化堆肥技術等。而機械化程度高、自動控制要求高的技術在西部小城鎮并不適宜。

(3)有機垃圾厭氧發酵處理技術。有機垃圾厭氧發酵工藝其特點在于垃圾在經過分選處理后，有機物輸入厭氧發酵器并形成由水和營養素組成的漿液，借助微生物的分解作用，將城市垃圾中的有機物質分解成主要由甲烷和二氧化碳組成的可燃氣體(沼氣)。有機垃圾厭氧發酵處理技術，不僅可處理小城鎮的多種有機垃圾(如生活垃圾中的有機組分、人畜糞便、農作物以及食品加工殘渣、城鎮污泥等)，還得到可供小城鎮居民使用的清潔燃料，優化小城鎮能源結構，減少溫室氣體的排放，具有較好的經濟和環境效益。在中國廣大農村地區，特別在四川、重慶、貴州等西部農村地區，長期以來有利用農作物殘渣、人畜糞便等有機垃圾厭氧發酵產沼的傳統，因此有機垃圾厭氧發酵處理技術在中國西部小城鎮生活垃圾處理中的應用具有較好的基礎。

2.3 城鎮供水技術需求

城市供水處理的任務是去除水中的雜質，使之符合生活飲用或工業使用要求的水質，水處理的方法主要取決于水源水質和相應水質規范的要求。主要有普通水源的常規澄清和消毒技術，微污染水源的預處理技術和深度處理技術，以及特殊水源的水處理技術(如除鐵、除錳和除氟等)。

通過對西部幾個具有代表性的小城鎮進行多次實地踏勘，并調查相近地區或相似條件城鎮的供水設施運行狀況，結合當地自然經濟條件、管理操作水平等因素，研究當前國內外水處理技術和裝備，推薦采用以下幾種技術。

(1)以云南省賓川縣為代表的城鎮，屬于山谷丘陵地帶，以水庫水作為水源，目前水庫水質較好或存在輕度的污染。推薦采用強化常規水處理工藝。該工藝主要是在混凝階段采用優化混凝劑投加量、調節pH值以及采用新型混凝劑、助凝劑等，既可以提高水中天然有機物質與藻類的去除效率，又可控制氯化消毒副產物的生成；在沉淀階段采用強化沉淀或氣浮技術加強固液分離效果；在過濾階段主要是通過改善濾料特性，比如氧化鋁涂層、氧化鐵涂層及氧化錳涂層等濾料，不但可以起到傳統的截污作用，還可以起到吸附和氧化有機污染物、藻類、細菌及多種離子作用，達到去除重金屬離子和小分子有機物的效果。

(2)以重慶市巫溪縣為代表的山區城鎮，經濟落后，用地條件緊張，水源多為山溪河流，水質隨徑流量變化波動較大，管理水平相對落后，居民缺水情況嚴重。建議采用緊湊型水廠布置方式。可采用高效豎井網格反應池和雙層均勻濾料過濾工藝，保證水處理工藝技術先進，流程簡捷，緊湊高效，達到節地、節能、節資和操作管理方便的效果。

(3)以重慶市北碚區東陽鎮為代表的小城鎮，水源為嘉陵江，水位變幅很大，濁度變化在10NTU到10000NTU以上，含砂量最大可達15kg/m³。此類小城鎮取水構筑物采用形式在取水安全性要求不高情況下推薦采用纜車式、浮船式，取水安全性要求高的可采用深井泵房。由于原水含砂量較大，有機物污染輕，工藝流程推薦采用兩級絮凝沉淀的常規水處理工藝。

3 結 論

中國西部地區地域遼闊，自然地理環境復雜多樣，生態環境脆弱，經濟發展水平落后，能力建設水平較低。西部小城鎮環境基礎設施的建設技術要因地制宜。論文在實地調研和文獻分析的基礎上，結合中國西部小城鎮的社會經濟和自然環境狀況，分析了西部小城鎮環境基礎設施落后的原因，對西部小城鎮環境基礎設施的技術需求進行分析，并針對不同自然環境特征的地區，提出了相對較為適宜的污水處理技術、垃圾處理技術和城鎮供水處理技術。從污水處理技術來說，對高寒地區應該考慮溫差和含氧較低的影響；西北干旱地區要盡可能考慮污水的回用，可結合當地沙漠地帶進行土地處理；西南丘陵地區可充分利用當地的地形地勢。可以采用曝氣生物濾池、生物接觸氧化法、活性污泥和生物膜混合工藝、人工濕地等較為適宜的技術。從生活垃圾處理技術來說，可以采用衛生填埋、垃圾堆肥、厭氧發酵等處理技術。結合西部的退耕還林、綠化建設與農用，堆肥在有些地區是值得關注的技術。從給水處理技術來說，要考慮到水源水質的不同，根據地形的變化和對供水安全性的要求，可采用常規絮凝或者是強化常規絮凝技術。

(編輯：于 杰)

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Analysis of Environmental Infrastructure Technological Demands in China's Western Small Cities*

HE Qiang ZHANG Cheng-hui JIANG Wen-chao WEI Wu-qiang

(Key Lab of Eco-Environment of Three Gorges Reservior Region，Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing 400045，China)

Abstract With a vast area，complex and varied geographical environment and low economic development and capacity building level，China's western areas have special demands to environmental infrastructure technologies and can't copy technologies and experience both in west developed countries and in China's eastern areas.Trying to obtain deep understanding of current situation and general demand of environmental infrastructure technologies in western areas and promote construction progress there，this paper investigates and analyses feasible and cost-effective technologies that are suitable for these areas.

Key words western small cities；environmental infrastructure；feasible and cost-effective technology，requirement of technology