基于生命周期理论的我国农村污水处理探讨

纳丽萍，马航海

（1.西北民族大学化工学院，甘肃兰州730030;2.西北民族大学土木学院，甘肃兰州 730030）

随着我国节能减排战略的实施，我国大约90%以上的城市和60%以上的县城均建成了污水处理厂并投入了运行，全国城市污水处理率接近80%。然而，直到2013年，我国农村的污水处理率仅为7%，远低于我国城镇生活污水处理率［1］。而且大部分地区的农村污水处理仍停留在工程示范阶段，甚至有些污水处理设施形同虚设，没有发挥应有的作用。主要原因在于:其一，我国环境保护工作一直把重点放在城市环境和主要污染源的控制，农村的环境保护工作没有得到充分的重视，农村污水处理方面的技术规范、标准、法规及政策都很不完善;其二，我国农村污水处理在管理模式、资金保障及运行机制方面存在很大不足;其三，我国地域幅员辽阔，村落分散，地理环境各异，大多数农村地区没有完整的污水收集系统，给污水处理带来很大困难。

1 我国农村污水的来源、特点及处理现状

1.1 我国农村污水的来源、特点 我国农村污水主要来源于农业种植、畜牧、水产养殖和人类生活三方面，主要污染物为COD、SS、氮、磷以及病原微生物。农村污水主要以随意、明渠、暗渠等未经处理的方式直接排入水体，必将导致河流水质恶化、水体服务功能下降、湖泊富营养化加剧、地下水硝酸盐污染［2］。

由于我国农村人口分布广泛且分散，各地区经济发展及居民生活方式有较大差异，使农村污水具有以下特点:①农村污水主要为生活污水和种植、养殖废水，重金属和有毒有害物质含量较少，含有一定量的氮和磷，可生化性好;②农村污水水量、水质变化大，日变化系数一般为3.0～5.0。水量、水质在不同地区、不同时间有明显的差异，污水排放呈不连续状态;③农村地区人口居住分散，大部分农村没有完整的排水系统，污水难以集中收集且收集率较低［3-4］。

1.2 我国农村污水主要处理技术 农村地区的社会组织结构、经济水平和生活方式与城市相比有很大不同。因此，农村污水在处理模式、建设规模、运行体制方面与城市污水处理有较大差别。目前，我国农村污水处理方式主要分为集中式和分散式两大类［3，5-8］。

1.2.1 集中式农村污水处理。集中式农村污水处理模式主要适用于人口密度大、污水量相对集中且易于收集的区域。这些区域一般为城乡结合部，由于外来人口的流入使得该区域人口规模较城市远郊大，离近郊城镇污水排水管网较近，管道敷设费用较污水直接处理经济。集中式处理工艺主要为预处理工艺和生物处理工艺或预处理和土地处理技术，常见的有预处理+生物接触氧化、预处理+氧化沟、预处理+人工湿地、预处理+稳定塘等。

1.2.2 分散式农村污水处理。我国农村地域辽阔，人口规模大且居住相对分散，污水随意排放，难于收集。采用分散式处理技术可实现污水就地、就近处理。分散处理工艺主要以自然生态处理模式为主，以村落或家庭为单位，采用投资省、无动力或低能耗的处理技术。主要的处理技术有土壤渗滤系统处理技术、人工湿地处理技术、稳定塘处理技术、一体化污水处理技术、净化沼气处理技术、蚯蚓生态滤池技术、毛细管润湿污水自然净化法、净化槽、高效藻类塘等。

2 生命周期理论在污水处理中的适用性

生命周期理论应用十分广泛，涉及政治、经济、环境、技术、社会等诸多领域。生命周期(LCA)可定义为:“汇总和评估一个产品(或服务)体系在其整个生命周期内的所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法”［9］。若把污水处理系统视为分析对象，则其生命周期包括了污水处理系统从建设、运行至期满报废全过程。自然界为其提供了最初资源、能源，经过开采、冶炼、加工至施工建设、生产运行、报废拆除，构成一个物质转化的生命周期。

2.1 污水处理厂环境效益的生命周期评价 污水处理厂的生命周期开始于原料的开采，终结于期满报废，整个过程会向大气、水体排放出各种污染环境的有害物质，还会产生固态废弃物。因此，污水处理厂从“摇篮”到“坟墓”的生命周期可看做施工建设阶段、生产运行阶段和拆除阶段［10］，其对环境可能带来的影响见表1。

表1 污水处理厂生命周期可能产生的环境影响［10］

2.2 污水处理厂生命周期成本评价 污水处理设施的生命周期成本可以分为4个部分:规划设计成本(建设许可，工程设计规划，工程选址，招标工作)、施工建设成本(购买、安装设备，工程、管网建设施工，土地购置，委托成本)、运行管理成本(工程能耗，药剂投入，污泥处置，人员工资)和废弃成本(工程拆除，环境修复，资源回收)［1］，此外还有部分隐形成本。由于污水厂设计运行的生命周期为20年以上，设备寿命一般为10年左右，若某地农村投入150万元建设的处理设施设计运行40年，但5年左右就因为无法正常运行而废弃，此时实际的吨水处理成本将是规划设计吨水成本的数倍，其中的隐形成本占较大比例。

2.3 国外农村污水处理中生命周期有效性模式 由于污水处理系统的正常稳定运行年限对方案的成本有效性影响很大，发达国家在农村生活污水处理方面不断探索成本有效性模式，从静态的成本有效转向生命周期的成本有效，积极将市场主体和用户主体纳入农村污水治理责任主体中。在农村污水处理方面，美国、欧盟、日本等国家和地区具有先进的经验［11-12］。

2.3.1 美国模式。美国在农村污水处理方面实行多级别管理模式、多层次的行政责任机制和运营体系及多渠道的融资手段。美国各级政府职责是颁布和执行与污水处理系统相关的法律法规，提供资金和技术支持，监督行政部门和其他管理实体对分散污水处理系统的管理工作。镇、村政府负责规划、批准、安装分散式污水设施和执行具体规定。运营管理方面，美国重视用户自觉制，用户自己承担污水处理设施的运营管理义务。资金投入保证方面，美国联邦、州级政府采取低息贷款取代直接资助的方式帮助农村社区进行污水处理设施的建设与改善，从而保持了周转基金长期积累与有效运转。

2.3.2 欧盟模式。欧盟国家投入大量的资金铺设集中式污水管道，在农村污水处理方面实行责任主体制度。在意大利，各级政府分别负责国道、省道污水主干管网的建设，基层政府负责建设和投资农村支管，农民则承担将公共管道连接到自己私有土地上的费用。网管维护由政府承担，农村用户按城镇居民标准的30%向政府支付污水处理费以实现运营成本的回收。如果不能接上排污管道，则由专业服务公司帮助用户建立家庭式污水储存与净化池，用户需缴纳一定的清理服务费用，保证设备持续有效运行。

2.3.3 日本模式。日本的农村污水治理主要依据《净化槽法》，村落公共污水处理设施由政府建设，国家和用户各自承担一定的建设和运营成本。家庭自行建设标准化的家庭式污水净化设备，政府给予40%的资金支持与补助，家庭承担60%的建设费用。此外，家庭还需定期聘请专业人员对净化设备进行检查、清洁与维护。这种由政府、用户和第三方机构共同承担污水处理责任的体制在很大程度上保证了日本农村污水治理的质量与效率。

3 基于生命周期成本理论处理农村污水的启示

我国农村污水处理目前尚处在起步阶段，即使部分城市的农村污水处理率高于全国平均水平，但远低于城市污水处理率，甚至有些地区的农村污水处理设施不能正常运行而成为摆设［13-14］。农村污水处理缺乏的不是技术而是合理的决策机制，只有综合考虑规划设计、建设、管理维护到最终废弃的整个生命周期环节，才能确保我国农村污水处理设施的有效运行。

(1)规划设计需考虑农村人口迁移特点。我国正处于快速城市化进程中，大量的农村人口在城乡之间大规模、快速迁移。外来人口主要流入沿海地区，人口流出较多的地区包括安徽、四川、河南等人口大省［15］。流出人口绝大多数为农村人口，对于流入地的人口导入区，其人口密度可能在很短的时间内不亚于城镇。如果这些区域长期规划是发展成为城镇化地区，那么规划设计阶段就应考虑该区域的农村污水直接接入市政管网集中处理模式的生命周期成本的有效性。而人口流出地的农村地区，随着青壮劳动力的快速流失，只剩下留守老人和儿童，空心化和老龄化特征凸显。这些区域如果未来人口流失非常彻底，规划设计阶段就有必要考虑利用自然生态净化能力处理农村污水的可行性。若区域发展前景不明确，农村生活污水处理设施的规划年限可适当缩短，以提高成本的有效性。

(2)农村污水处理方案需因地制宜。我国农村地区总体特点为村落分散、南北方农村居民生活习惯差异较大、各地自然环境各异，因而在农村污水处理方案比选中应以生命周期成本有效性为基准。农村污水处理设施不仅在建设方面要结合区域经济和社会发展趋势，在运行和管理方面依然应考虑方案的适宜性。

(3)强化村集体和村民责任主体意识。农村污水处理设施属于混合公共物品的范畴，我国在农村污水处理方面一直是政府唱独角戏，村集体和村民既没有参与方案的决策，也不分担污水处理设施建设和运行的责任，这就很容易导致村民和村集体积极性降低，使得污水处理各环节成本居高不下。未来应进一步明确和强化村集体和村民应承担的责任，使其能够积极主动地对污水处理设施进行管理和监督，以降低污水处理设施生命周期其他环节成本，确保农村生活污水处理设施的有效运行。

(4)积极引导各界力量参与农村污水处理。污水处理是一项公用事业，盈利虽不高，但可以带来很好的环境效益和经济效益。农村污水治理过程中应积极发挥政府、NGO和企业等各界力量，鼓励各种社会力量进入污水设施建设、保养和维护行业，逐步培育农村污水处理设施建设和运行的市场机制，鼓励企业和民间资本进入农村污水处理事业，充分调动社会力量服务于农村污水治理，使农村污水处理设施不仅能建得起，还能用得起。

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