論中國古代污水肥源利用的變革

在人類生存的環境中，有三個物質循環。其中之一是物質的氣循環，即氣循環。其次，液體物質的循環，即水體的循環。第三是固體物質循環，即物質元素循環。前兩種循環,人類無法阻擋,或對它們影響較小。后一種循環,人類在生存發展中,有意無意、不知不覺地影響和阻擋了這種循環,甚至在某些區域內、某種程度上中斷了這種循環。這個固態的物質循環,是指人類——生物——土地之間的食物鏈條、物質運動、要素補償。從某種意義上說,人類生存和發展所需要的生活、生產資料,絕大部分或一部分是從土地上生長、生產出來的,是土壤的物質要素轉變、轉化而來的。從物質循環、要素補償的理論觀點看,人類及動物的排泄物,特別是人畜糞尿這種特殊的物質、特殊的資源——肥源,應該全部回歸土地,進行物質再循環、要素再補償。但是,人類社會發展到今天,這個物質循環、要素補償已經很微弱,甚至中斷了,嚴重影響了經濟、社會,特別是農業的可持續發展。因此,對這一問題,必須高度重視、深入研究、著力解決。肥源,從產地或分布劃分,有農村肥源,城市肥源。城市肥源,包括城市污水肥源、垃圾肥源、污泥肥源等。本文著重探討改革城市污水系統,充分利用城市污水肥源的問題。一、環境保護的意義城市污水肥源利用問題,直接關系到農業發展、環境保護、人類生存等重要方面。對現行城市污水排放制度和排放系統進行改革,實現污水資源化利用,具有必然性、緊迫性、實踐性。(一)人類社會的發展:人糞尿和土地的大量流失,為肥源的長期、穩定的提供了物質基礎,并使其逐漸下降物質循環,是指生態系統與自然系統之間的要素和能量的轉移流動。自然界的各種化學元素被植物吸收,從自然界進入生物界,并沿著生物之間的營養關系即食物鏈而流轉,最后以排泄物和殘體的分解形式又回到自然界中去,如此周而復始,循環不息。從原始社會到封建社會末期,也就是整個農業文明時期,不存在或沒有明顯的城市與鄉村之別和農業與工業之分。這一時期的物質循環特點是:①人口總量小,人們大都居住、生活在農村,其排泄物——人糞尿全部回歸于土地。②城鎮數量少、規模小,城鎮人口增長緩慢,城鎮廁所多為旱廁,城鎮交通比較寬松,城鎮肥源絕大部分被農民運回農村回歸土地。③家畜、家禽飼養量較少且很分散,野生動植物較多,其排泄物和自身死亡腐爛后全部回歸于土地。④農業生產所依賴的肥源,主要是人畜糞尿、作物秸桿、動物殘體等有機肥料,不生產或很少生產無機肥料,人畜糞尿的收集、施用、回歸程度比較高。⑤農業生產力低下,農業、特別是種植業產量較低,土壤中的養分消耗也小。即使施肥少,土壤肥力也不會有較大的減退。由此看來,這時期人類與土地、自然界與生物界的物質循環完好無損,或者說物質要素得到充分的補償。隨著人類社會的發展,其生產生活方式發生了重大變化。從資本主義初期到現代社會,特別是西方工業革命以來,人類進入工業文明時期之后,城市與鄉村之別和農業與工業之分越來越明顯,人類、生物、土地之間的物質循環和要素補償逐步減弱和減少。這一時期的基本特征是:①人口總量猛增,肥源量跟著增加,但是隨著一些肥源難收集產業的發展、人口流動性的增大,特別是相當一部分農村人口外流,農業從業人員比重大幅度下降,致使人糞尿肥源嚴重流失,大量養分沒有回歸土地。②城市人口迅速增加,城市規模日趨擴大。目前,世界平均城市化水平為47%,中國城市化水平達到36%。而城市人口的排泄物——人糞尿,由于廁所形式(水沖式)、交通狀況、城市管理等因素,大多以城市綜合污水的形式從下水管道排入河流,流入海洋,再也不能直接回到陸地或耕地上了。③隨著農業機械化的發展,廣大農村、特別是平原地區的畜力被機械所代替,役畜飼養量相對下降,肥源有所減少;隨著農業產業化的發展,農民分散養殖數量也日趨下降,而專業化、工廠化、規模化養殖增加,致使肥源區域分布不均衡,相當面積的土地施肥量下降,養分回歸受阻。④隨著無機礦物肥料特別是化肥的生產和施用,人們出現輕有機肥、重無機肥的思想,有機肥施用量大大減少,無機肥尤其是化肥施用量迅速增加,一些礦物營養元素補給減少。⑤農業生產力迅速提高,特別是隨著新品種、新技術、新設施的運用,使一些地方種植業由一年一熟變為兩熟三熟,甚至不受季節限制,常年生長種植,產量在原來的基礎上增長了幾倍至十幾倍,加速了土壤養分的消耗。⑥水土流失嚴重。隨著人類對土地的開墾種植,特別是大面積的毀林開荒、過度放牧和開發建設,造成水土嚴重流失,使土壤肥力不斷下降。(見圖一)。由此可見,資本主義以前,土地、人類、生物之間的物質循環暢通、完整,之后受阻甚至中斷。德國著名化學家李比西的“養分回歸學”告訴人們:每次植物收獲必然要從土壤中帶走某些養分,使這些養分在土壤中越來越貧乏。為了保持土壤肥沃,必須把植物取走的養分以施肥的形式歸還給土壤。這深刻地揭示了人類與土地、自然界與生物界的物質循環基本規律,充分說明養分回歸、要素補償的重要意義。(二)城市污水處理系統城市糞尿排放與處理的現狀可持續發展,是指既滿足當代發展的需要,又不削弱后代發展能力的發展觀;是從社會、經濟、環境、資源、人口等方面來衡量發展,不單純用產量增長的唯一指標來衡量發展。它強調的是環境與經濟的協調發展,追求的是人類與自然的和諧。土壤是農業生產的基礎,肥源是農業生產的關鍵。人糞尿作為重要有機肥,富含多種營養成分,既有氮、磷、鉀及微量元素等多種無機營養成分,可直接供作物吸收利用;又含有豐富的腐殖質和其他有機物質,肥效較長,無副作用。堅持施用有機肥,能增加土壤肥力,改善土壤結構,減輕土壤污染,對作物生長具有特殊的作用。實踐證明,忽視有機肥,大量施用化肥,會導致地力衰退、產量下降,特別是造成土壤污染、產品污染,從而嚴重影響農業及整個經濟社會的可持續發展。現行的城市污水排放處理系統,城市人糞尿從衛生間(廁所),經過下水管道,進入化糞池沉淀,一部分進入城市綜合下水管網,被排放或處理;一部分長時間積淀于化糞池,最后被當作廢物倒掉。一般是城鎮居民生活污水、工廠企業生產廢水、機關單位生活污水、公共服務設施污水混在一起,通過城市綜合污水排放管網直接排放河流,或經過城市污水處理廠處理排入河流(見圖二)。這種排放、處理形式,存在的突出問題是:1.優質有機肥料流失嚴重現行的城市污水排放處理系統,對城市人糞尿肥源沒有利用或利用甚少。按目前城市人口數量及每人每天產生1公斤人糞尿標準測算,全世界每天從城市流失30億公斤優質有機肥料,中國每天流失4億多公斤優質有機肥料。同時,由于廁所下水的直接排放,浪費了大量的淡水資源。2.城市綜合下水管道不暢,放空氣人糞尿為流質肥料,易揮發、易流失、易滲漏。目前的城市人糞尿下水處理形式,容易造成嚴重的環境污染特別是海洋湖泊富營養化問題。一是由于城市綜合下水管道不暢或堵塞,化糞池積滿外溢,直接污染居住環境;二是城市綜合下水管道密布,密封不嚴,臭氣漫延,污染空氣。三是綜合下水流入河流,污染水源、污染河道。3.作物的吸收利用和根系土壤中雖然含有大量的各種化肥元素,但是大部分對植物是無效的或不能直接被吸收利用,其有效部分的種類和數量也不能長期供給所有作物高產的需要。同時,作物的根系主要集中在表土層,5米以下的深土層養分無法吸收利用。由于大量城市肥源流失,致使土壤有機肥施量銳減,造成土地養分缺乏、肥力下降。4.施肥量過大,化學防治缺乏施用有機肥,不僅能改良土壤,培肥地力,而且能提高作物產量,優化作物品質。近年來由于有機肥施量銳減,大量施用化肥,又不注意施肥結構,使作物需要的有些養分缺乏,植物不能正常生長發育,導致病蟲害大量發生,使用農藥量增加。目前,因農藥、化肥導致的農產品安全問題,已成為世界性的突出問題。5.造成資源大量消耗,存在一些生態文明和水生態等重要的污染隨著城市人口增加,城市規模擴大,城市污水量急劇增加。為了治理污染,改善生態環境,各國不得不投巨資修建污水處理設施,而污水處理設施投資大、周期長,建起來后運行費用高,給國家和地方造成很大的財政負擔和壓力?？沙掷m發展要求資源的永續利用和保持生態平衡,人類社會的發展不能超越資源和環境的承載能力。在過去幾十年甚至幾百年里,世界上大多數國家的經濟增長,主要是靠一種粗放型的外延式擴展。這種經濟增長對其在較低的發展水平上實現經濟快速發展起了一定的作用,但是這種以高投入、高消耗為特征的粗放型經濟,不僅大量消耗資源,而且造成生態破壞和環境的嚴重污染,危及整個國家的生態安全和可持續發展。中國是人口眾多、資源相對不足的國家,在經濟發展中必須實施可持續發展戰略。(三)循環經濟與城市污水從何而來,在城市中和社循環經濟是人們模仿自然生態系統,按其物質循環和能量運動規律構筑經濟系統,并使得經濟系統和諧納入到自然生態系統的物質循環過程。它與傳統經濟的不同之處是:傳統經濟是一種“資源——產品——消費——污染物排放”構成的物質單向流動的線型經濟。循環經濟是一種建立在物質循環利用的基礎上的經濟模式,即“資源——產品——消費——再生產資源”的物質反復循環流動的過程,是企業間、行業間、產業間、地區間、生物間、人地間資源能量的循環利用、科學回用。這使得整個經濟系統以及生產和消費的過程基本上不產生或者產生很少的廢棄物,把經濟對自然環境的影響降低到盡可能小的程度。從二十世紀九十年代以來,循環經濟在發達國家已經成為一股潮流,有的國家還以立法形式加以推進。如德國1996年就頒布實施了《循環經濟與廢物管理》,該法規規定對廢棄物問題的處理順序是:避免生產——循環利用——最終處理。其要義是:首先要減少生產源頭污染物的產生量;其次是對源頭上不能削減又可以利用的廢棄物,加以回收利用,使它們回到經濟循環中去;再次是對那些真正不能利用的廢棄物,才允許作最終的無害化處理。以污水為例,循環經濟要求的分層次目標是:通過節約用水,盡量減少污水總量;對產生的污水進行處理,再生利用,盡可能使污水資源化;對多次利用的污水進行再處理,最后達標排放。2000年日本修訂通過了《推進形成循環型社會基本法》等九部法律法規,對不同類型的廢棄物處理和資源再生利用等作了具體規定,從法律上確定二十一世紀經濟和社會的發展方向,提出循環型經濟社會的根本原則:節約利用資源,促進物質循環,減輕環境負荷,實現經濟協調健康發展,構筑可持續發展的社會。目前,世界各國都重視發展循環經濟,積極推行清潔生產,注意對廢棄物進行綜合利用和循環利用,如在城市垃圾的處理上,許多國家在集中處理的基礎上,已經實行了分類處理,回收利用。但是在城市污水處理方面,相當一部分城市仍然是直接排放,至今還未達到集中處理,更談不上實行分類處理。改革城市污水系統,對城市污水進行集中分類處理,這是現實選擇,必然趨勢。中國國民生產總量較大,生產技術水平較低,產生的廢棄物相應較多,更應該走循環經濟的發展路子。二、資源稀缺性特點實行資源、廢物的綜合利用和循環利用,使廢棄物資源化、減量化和無害化,把有害環境的廢棄物減少到最低限度,這是循環經濟的一條重要原則。肥源是作物生長發育的必要因素,是制約農業生產的短線因素。它的數量不因為需求量而增加,也不因為難收集、難處理而減少,資源的稀缺性特點十分明顯。為此,建議高度重視污水肥源利用問題,針對目前城市污水大部分直接排入河流、湖泊,小部分進入污水處理廠,城市污水處理形式多為集中綜合處理,沒有實行集中分類處理,城市肥源很少利用的現狀,按照促進物質循環、發展循環經濟、實現可持續發展的要求,對現有的城市污水處理系統,特別是城市肥源——城市人糞尿下水的排放、輸送、處理、管理的制度、體系、設施進行改革、改造,推動城市污水處理由集中綜合處理向集中分類處理轉變,使城市污水得以科學處理并發揮最大效用,實現城市污水的減量化、無害化、資源化、生態化、產業化。(一)推行基于城市生活水環管網的城市環保和肥源產業關改革城市污水系統,充分利用城市污水肥源,要以推進城市污水處理產業化為方向,以提高資源利用率、減輕環境污染為目標,按照“政府引導、市場運作”,“誰投資、誰受益”的原則,科學規劃,合理布局,加大投入,綜合開發,逐步建立與城市化發展和市場經濟體制相適應的城市污水處理管理體系,實現城市環保和肥源產業投資主體多元化、開發建設企業化、運營管理市場化。具體設想為:將城鎮居民、工廠企業、機關單位、公共設施的洗浴間與廁所的下水管道分設,在城區分別建設城市污水和城市肥源排放輸送管網,在城郊或城區分片建設肥源處理廠和污水處理廠。將廚房、洗浴間的洗浴水和企業廢水通過城市污水管網輸送到城市污水處理廠,經處理后排放河流或二次利用;將廁所的人糞尿下水通過城市肥源管網輸送到城市肥源處理廠,經過加工處理形成系列肥料,源源不斷地運送到農村直接利用(見圖三)。通過改革、建設,實現城市污水處理由集中綜合處理向集中分類處理的轉變。(二)改革的主要措施1.我國改革城市污水系統涉及的城市把改革城市污水系統作為保護生態環境、發展城市經濟的重大舉措,堅持城市肥源設施與其他城市基礎設施同步規劃、同步建設、同步發展。改革城市污水系統是一個系統工程,涉及到整個城市的規劃和建設問題。在城市建設改造特別是在小城鎮建設中,應在規劃設計城市供水、供熱、供氣、供電、垃圾處理、社區服務等設施時,統籌安排好城市污水處理廠和城市肥源處理廠及其輸送管道的位置和線路,預留建設用地和發展空間。2.優化生活化糞池,減少含人糞尿污水的水管道,增設集糞池目前的城鎮居民住房及其他辦公、商業、服務設施,下水管道是在未考慮污水分類處理、再生利用的前提下設計的,廁所的沖便下水和洗浴間的洗浴下水不分,廚房的下水最后也與廁所或洗浴間的下水并網,一同進入化糞池。這樣,加大了含人糞尿污水的水分,降低了污水肥源的質量和肥效。為了收集肥源,在樓房下水管道的設計上,把洗浴間和廁所分開,設計兩條管線:一條從廁所到樓下“集糞池”,再通過管網、泵站把人糞尿下水輸送到肥源處理廠;一條從洗浴間、廚房到樓下“集污池”,通過管網、泵站把各種洗浴下水輸送到污水處理廠。3.管網和肥源處理廠的建設,城市可分區域、區域分布,城市可分區域、區域和區域這是城市肥源建設的主體,也是投資、建設的重點和關鍵。可根據城市地勢和大小,按一定的比降和比例,建設專門輸送廁所下水的管網和肥源處理廠。城市肥源處理廠的建設,中小城市可建在郊區,大城市可分區域建設。其建設規模、設計標準、處理能力等,可根據城市規模大小、城市人口多少而定。4.大力開發、生產、建設的肥源建設產品城市肥源改革既需要從規劃、設計上進行調整,也需要在設施、設備上給予保障。一旦實施城市污水系統改革,將需要大量的肥源建設相關產品,應動員科研機構和生產企業,大力研究、開發、生產肥源建設產品,如防腐管道、特種泵、特種運輸車輛、容器和攪拌、脫水機械等系列肥源建設產品,為肥源建設提供物質基礎。5.大力推行入競爭機制,讓企業從事污水處理系統的建設和運營按照城市污水處理產業化發展的要求,改革現行的城市污水處理設施經營管理體制。把污水處理設施推向市場,引入競爭機制,鼓勵符合條件的各類企業從事污水處理系統的建設、運營,實現污水處理由公益事業向經營企業轉變。具體是:興辦城市肥源企業——城市肥源公司,專門從事城市肥源基礎設施建設及其管理,肥源的收集、處理、運送,肥源建設相關產品的生產經營等。肥源公司將加工處理后的肥料及時運送到鄉村農戶或田間地頭,服務農業生產。6.積極推進城市污水處理市場化肥源產業是弱質性產業,是人們不愿從事的行業。應給予政策傾斜扶持,使其迅速成為一門新興產業。研究制定污水處理設施建設、運營、收費、管理、市場準入制度等方面的政策規定,積極推進城市污水處理產業化發展。一是在肥源基礎設施建設用地上國家予以無償劃撥,投資、運營企業在合同期限擁有劃撥土地規定用途的使用權;二是對從事肥源建設設施、設備、產品的生產經營企業在用電價格、原材料價格等和稅收上給予優惠;三是政府從征收的城市建設維護費、基礎設施配套費、國有土地出讓收益中安排一定比例的資金,用于城市污水排放處理系統的建設或運營成本補償。7.明確資產評估的法律效力一是實行污水處理收費制度,征收污水處理費的標準,要能夠補償城市污水處理設施運營成本和合理的投資回報。二是將現有的污水處理設施在資產評估的基礎上,通過招標實現經營權轉讓,盤活存量資產,盤活的資金用于污水處理系統的建設。三是把污水處理設施推向市場,鼓勵企業通過招投標方式獨資、合資或租賃承包現有污水處理設施的建設和運營。四是在實行企業化新建污水處理設施時,政府在明確投資權益的前提下,適當安排財政性建設資金用于支持城市污水設施建設。五是改革污水處理價格機制和管理體制,鼓勵各類所有制經濟積極參與投資和經營。8.裝備污水處理企業針對城市污水特別是人糞尿下水的特點,重視城市污水收集、處理、運輸、利用的技術引進和創新。一是應用先進技術,裝備污水處理企業,加快先進成熟技術的推廣利用。二是引進關鍵技術,改造現有污水處理設備,提高肥源設備的成套化、系列化水平。三是開展污水處理技術攻關,組織實施示范工程,提高污水企業的技術創新能力。同時,重視培養專業技術人才,注意引進新的管理方式,積極開展國際環?？蒲泻献髋c交流,促進城市污水肥源產業發展。(三)解決發展空間小的城市除肥資源利用的問題在實施城市污水系統改革過程中,應重視研究解決以下幾個關鍵性問題:一是對城市人糞尿下水的認識問題。以前,人們對城市人糞尿下水認識不足,總以為城鎮人糞尿下水是污水、是廢物,難存放、難運輸、難處理、難利用,對人糞尿下水進行加工處理得不償失。在發展生態農業、綠色農業、有機農業中,應該樹立城市人類尿下水是肥源、是資源的思想,高度重視城市污水再生利用,使其變廢為寶。二是城市污水處理系統的改造問題。目前,一般城市在污水排放處理上,大都是綜合下水,一套排污系統,要把廁所下水管網分設,變成二套排污系統,對于老城市、老城鎮,特別是發展空間較小的城市,建設用地緊張,改造難度較大。對這個問題,可采取“先新城、后老城,先小城鎮、后大城市,先難后易、先主后次”的辦法,分步建設,逐漸完善。三是城市生活污水處理量太大問題。城市生活污水特別是廁所下水量的確太大,全部處理勢必要花費大量的人力、物力和財力。對這個問題,可通過教育市民節約用水和采取調節水價的辦法解決。適當提高廁所用水價,調控廁所下水量,以減小城市肥源處理廠處理量。同時,還可以通過技術處理,直接排放多余水量,或用其灌溉農田的辦法,減少肥源運輸量。四是城市生活污水利用的污染問題。人糞尿下水雖然是一種有價值的資源,它富含農作物所需的多種營養成分,但里面含有大量的病源體和有毒物,使用不當會帶來一定副作用。對這個問題,可通過肥源處理廠的無害化處理,經過殺菌消毒的人糞尿肥源,不會對土地、水源造成污染,不會對作物、人畜造成危害。五是城市肥源利用的投資收益問題。在城市污水總量一定、建設污水處理設施總投資一定的情況下,分設污水肥源收集、輸送、處理系統,投資肯定要增大一些,但在征收城市污水處理費,補償污水肥源處理廠運營成本的基礎上,還可以向農民收取一些污水肥源肥料費,用以彌補其投資追加和運轉經費?，F在的城市污水處理是純公益性事業,改革后的城市肥源處理是有一定直接收益的企業型公益事業。六是城市人糞尿下水處理技術問題。肥源改革硬件設施管網建設較為容易,但人糞尿下水系列處理和深加工處理有一定的難度,可以根據技術力量和投資經費情況,分層次、分地區、分季節進行不同方式、不同程度的處理。目前,世界各國對城市人糞尿下水的處理都有一定的研究,已經有了比較成熟的技術,如日本利用人畜糞尿和農作秸桿做原料,批量生產有機肥。在充分利用城市污水肥源的同時,也要重視利用城市垃圾肥源和污泥肥源,以改善城鎮環境衛生,解決城市園林建設肥源問題(見圖四)。三、城市污水肥源利用的建議西方經濟學家薩繆爾森認為,“以一定的技術基礎為條件,發現新的自然資源或較好地利用現有資源,有助于抵銷收益遞減規律”。城市污水肥源利用,涉及到影響人類社會生存和發展的物質循環、土地利用、產品質量、城市建設、環境保護等諸多重大問題。解決好這個問題,有利于建設生態城市、循環型社會,實現以農養城、以城補農、城鄉互補,促進人口、資源、環境與經濟社會的協調發展。實施城市污水系統改革,充分利用城市污水肥源,將產生極大的生態效益、經濟效益和社會效益。(一)有利于農業可持續發展改革城市污水系統,充分利用城市污水肥源,能有效地解決影響農業可持續發展的一些關鍵問題。1.土地基肥不足土地是人類賴以生存與繁衍的物質基礎,是人類從事農業生產的主要場所。而人類掠奪式經營,致使土地肥力愈來愈低。耕地肥力主要存儲在表土層,土壤肥力的補充主要依靠人們去施肥。通過城市污水系統改革,收集和利用城市污水肥源,能極大地增加土地的施肥量。2.增加農業水利資源水利是農業的命脈。在全球性干旱缺水,河流水體污染嚴重,農業用水日趨緊張的情況下,改革城市污水系統,能穩定增加農業水利資源。城市污水系統改革后,大量的廁所下水,通過車輛運輸到山區,或通過管道輸送到郊區,能在一定程度上解決干旱山區和城市郊區的農業灌溉問題。3.減少農業成本在農業生產成本中,肥料投入將近占三分之一。城市污水系統改革后,一座城市就是一個無成本、大批量的肥料加工廠,質優價廉的城市肥源運到農村,將減少農民購買化肥的開支,從而有效地降低農業生產成本。4.減少化肥、農藥及農藥污染,有利于農業發展肥料是植物的糧食,有機肥在農業生產中更具有特殊的作用,它是作物高產、優質的重要保證。通過改革城市污水系統,大量施用有機肥,降低化肥施用量,能增強作物抗逆性,減少病蟲害,促進作物健康生長和發育,從而減少用藥量,防止化肥、農藥污染,保護農作物害蟲天敵,有利于發展生態農業、有機農業、綠色農業,從根本上解決農產品的安全問題。5.農民的試驗站、公所收集、處理、運送肥料,是農業生產的一項重要活動,特別是邊遠山區,山大溝深,交通不便,往地里運送肥料花費農民的大量時間、精力。肥源改革后,城市人糞尿下水,經過肥源處理廠加工處理,制成人糞尿系列肥料產品,由肥源公司送肥上門或直