基于生命周期理論的我國農村污水處理探討

納麗萍，馬航海

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

隨著我國節能減排戰略的實施，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行，全國城市污水處理率接近80%。然而，直到2013年，我國農村的污水處理率僅為7%，遠低于我國城鎮生活污水處理率［1］。而且大部分地區的農村污水處理仍停留在工程示范階段，甚至有些污水處理設施形同虛設，沒有發揮應有的作用。主要原因在于:其一，我國環境保護工作一直把重點放在城市環境和主要污染源的控制，農村的環境保護工作沒有得到充分的重視，農村污水處理方面的技術規范、標準、法規及政策都很不完善;其二，我國農村污水處理在管理模式、資金保障及運行機制方面存在很大不足;其三，我國地域幅員遼闊，村落分散，地理環境各異，大多數農村地區沒有完整的污水收集系統，給污水處理帶來很大困難。

1 我國農村污水的來源、特點及處理現狀

1.1 我國農村污水的來源、特點 我國農村污水主要來源于農業種植、畜牧、水產養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。農村污水主要以隨意、明渠、暗渠等未經處理的方式直接排入水體，必將導致河流水質惡化、水體服務功能下降、湖泊富營養化加劇、地下水硝酸鹽污染［2］。

由于我國農村人口分布廣泛且分散，各地區經濟發展及居民生活方式有較大差異，使農村污水具有以下特點:①農村污水主要為生活污水和種植、養殖廢水，重金屬和有毒有害物質含量較少，含有一定量的氮和磷，可生化性好;②農村污水水量、水質變化大，日變化系數一般為3.0～5.0。水量、水質在不同地區、不同時間有明顯的差異，污水排放呈不連續狀態;③農村地區人口居住分散，大部分農村沒有完整的排水系統，污水難以集中收集且收集率較低［3-4］。

1.2 我國農村污水主要處理技術 農村地區的社會組織結構、經濟水平和生活方式與城市相比有很大不同。因此，農村污水在處理模式、建設規模、運行體制方面與城市污水處理有較大差別。目前，我國農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 集中式農村污水處理。集中式農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域。這些區域一般為城鄉結合部，由于外來人口的流入使得該區域人口規模較城市遠郊大，離近郊城鎮污水排水管網較近，管道敷設費用較污水直接處理經濟。集中式處理工藝主要為預處理工藝和生物處理工藝或預處理和土地處理技術，常見的有預處理+生物接觸氧化、預處理+氧化溝、預處理+人工濕地、預處理+穩定塘等。

1.2.2 分散式農村污水處理。我國農村地域遼闊，人口規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可實現污水就地、就近處理。分散處理工藝主要以自然生態處理模式為主，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。主要的處理技術有土壤滲濾系統處理技術、人工濕地處理技術、穩定塘處理技術、一體化污水處理技術、凈化沼氣處理技術、蚯蚓生態濾池技術、毛細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

生命周期理論應用十分廣泛，涉及政治、經濟、環境、技術、社會等諸多領域。生命周期(LCA)可定義為:“匯總和評估一個產品(或服務)體系在其整個生命周期內的所有投入及產出對環境造成的和潛在的影響的方法”［9］。若把污水處理系統視為分析對象，則其生命周期包括了污水處理系統從建設、運行至期滿報廢全過程。自然界為其提供了最初資源、能源，經過開采、冶煉、加工至施工建設、生產運行、報廢拆除，構成一個物質轉化的生命周期。

2.1 污水處理廠環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，終結于期滿報廢，整個過程會向大氣、水體排放出各種污染環境的有害物質，還會產生固態廢棄物。因此，污水處理廠從“搖籃”到“墳墓”的生命周期可看做施工建設階段、生產運行階段和拆除階段［10］，其對環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生的環境影響［10］

2.2 污水處理廠生命周期成本評價 污水處理設施的生命周期成本可以分為4個部分:規劃設計成本(建設許可，工程設計規劃，工程選址，招標工作)、施工建設成本(購買、安裝設備，工程、管網建設施工，土地購置，委托成本)、運行管理成本(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，環境修復，資源回收)［1］，此外還有部分隱形成本。由于污水廠設計運行的生命周期為20年以上，設備壽命一般為10年左右，若某地農村投入150萬元建設的處理設施設計運行40年，但5年左右就因為無法正常運行而廢棄，此時實際的噸水處理成本將是規劃設計噸水成本的數倍，其中的隱形成本占較大比例。

2.3 國外農村污水處理中生命周期有效性模式 由于污水處理系統的正常穩定運行年限對方案的成本有效性影響很大，發達國家在農村生活污水處理方面不斷探索成本有效性模式，從靜態的成本有效轉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村污水治理責任主體中。在農村污水處理方面，美國、歐盟、日本等國家和地區具有先進的經驗［11-12］。

2.3.1 美國模式。美國在農村污水處理方面實行多級別管理模式、多層次的行政責任機制和運營體系及多渠道的融資手段。美國各級政府職責是頒布和執行與污水處理系統相關的法律法規，提供資金和技術支持，監督行政部門和其他管理實體對分散污水處理系統的管理工作。鎮、村政府負責規劃、批準、安裝分散式污水設施和執行具體規定。運營管理方面，美國重視用戶自覺制，用戶自己承擔污水處理設施的運營管理義務。資金投入保證方面，美國聯邦、州級政府采取低息貸款取代直接資助的方式幫助農村社區進行污水處理設施的建設與改善，從而保持了周轉基金長期積累與有效運轉。

2.3.2 歐盟模式。歐盟國家投入大量的資金鋪設集中式污水管道，在農村污水處理方面實行責任主體制度。在意大利，各級政府分別負責國道、省道污水主干管網的建設，基層政府負責建設和投資農村支管，農民則承擔將公共管道連接到自己私有土地上的費用。網管維護由政府承擔，農村用戶按城鎮居民標準的30%向政府支付污水處理費以實現運營成本的回收。如果不能接上排污管道，則由專業服務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費用，保證設備持續有效運行。

2.3.3 日本模式。日本的農村污水治理主要依據《凈化槽法》，村落公共污水處理設施由政府建設，國家和用戶各自承擔一定的建設和運營成本。家庭自行建設標準化的家庭式污水凈化設備，政府給予40%的資金支持與補助，家庭承擔60%的建設費用。此外，家庭還需定期聘請專業人員對凈化設備進行檢查、清潔與維護。這種由政府、用戶和第三方機構共同承擔污水處理責任的體制在很大程度上保證了日本農村污水治理的質量與效率。

3 基于生命周期成本理論處理農村污水的啟示

我國農村污水處理目前尚處在起步階段，即使部分城市的農村污水處理率高于全國平均水平，但遠低于城市污水處理率，甚至有些地區的農村污水處理設施不能正常運行而成為擺設［13-14］。農村污水處理缺乏的不是技術而是合理的決策機制，只有綜合考慮規劃設計、建設、管理維護到最終廢棄的整個生命周期環節，才能確保我國農村污水處理設施的有效運行。

(1)規劃設計需考慮農村人口遷移特點。我國正處于快速城市化進程中，大量的農村人口在城鄉之間大規模、快速遷移。外來人口主要流入沿海地區，人口流出較多的地區包括安徽、四川、河南等人口大省［15］。流出人口絕大多數為農村人口，對于流入地的人口導入區，其人口密度可能在很短的時間內不亞于城鎮。如果這些區域長期規劃是發展成為城鎮化地區，那么規劃設計階段就應考慮該區域的農村污水直接接入市政管網集中處理模式的生命周期成本的有效性。而人口流出地的農村地區，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。這些區域如果未來人口流失非常徹底，規劃設計階段就有必要考慮利用自然生態凈化能力處理農村污水的可行性。若區域發展前景不明確，農村生活污水處理設施的規劃年限可適當縮短，以提高成本的有效性。

(2)農村污水處理方案需因地制宜。我國農村地區總體特點為村落分散、南北方農村居民生活習慣差異較大、各地自然環境各異，因而在農村污水處理方案比選中應以生命周期成本有效性為基準。農村污水處理設施不僅在建設方面要結合區域經濟和社會發展趨勢，在運行和管理方面依然應考慮方案的適宜性。

(3)強化村集體和村民責任主體意識。農村污水處理設施屬于混合公共物品的范疇，我國在農村污水處理方面一直是政府唱獨角戲，村集體和村民既沒有參與方案的決策，也不分擔污水處理設施建設和運行的責任，這就很容易導致村民和村集體積極性降低，使得污水處理各環節成本居高不下。未來應進一步明確和強化村集體和村民應承擔的責任，使其能夠積極主動地對污水處理設施進行管理和監督，以降低污水處理設施生命周期其他環節成本，確保農村生活污水處理設施的有效運行。

(4)積極引導各界力量參與農村污水處理。污水處理是一項公用事業，盈利雖不高，但可以帶來很好的環境效益和經濟效益。農村污水治理過程中應積極發揮政府、NGO和企業等各界力量，鼓勵各種社會力量進入污水設施建設、保養和維護行業，逐步培育農村污水處理設施建設和運行的市場機制，鼓勵企業和民間資本進入農村污水處理事業，充分調動社會力量服務于農村污水治理，使農村污水處理設施不僅能建得起，還能用得起。

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