中國城市糞便的可持續(xù)利用研究
糞便具有污染物和資源兩種概念。在中國，城市糞便用作肥料由來已久，只是長期以來人們更多地關注糞便的資源利用而少考慮糞便的污染危害。80年代以來，由于多種原因使城市糞便農用出現(xiàn)了戲劇性的急劇下降，迫使大量的糞便向城市附近區(qū)域傾倒，出現(xiàn)更為嚴重的衛(wèi)生和環(huán)境污染問題。許多城市已認識到糞便問題是城市環(huán)境保護發(fā)展戰(zhàn)略必須解決的緊迫問題。
環(huán)境問題與資源問題可以說均是“可持續(xù)發(fā)展”的重要淵源；诳沙掷m(xù)發(fā)展的取向，中國城市糞便問題的解決應在符合國情的前提下，建立在環(huán)境保護和資源利用這兩個支點上，即城市糞便資源的可持續(xù)利用。
1 中國城市糞便農業(yè)利用的歷史背景
糞便作為肥料來源和土壤調節(jié)劑，在中國具有悠久歷史，其作為商品農用至少可追溯到南宋以前［1］。在化肥大規(guī)模應用之前，城市糞便可以說歷來被視為重要的農業(yè)肥料走著廢物資源化道路。據(jù)資料［2，3］，1949年以前，武漢、北京等地，城市糞便一直由私人糞商經營、把持，形成頗具規(guī)模的糞便產業(yè)。50年代后至1979年農村“包產到戶”時期，城市糞便的清運和銷售主要由環(huán)衛(wèi)部門管理與經營。在武漢，糞便銷往鄰近各縣，由市政府嚴格管理才得以控制農民進城哄搶糞便的狀況［2］。80年代初，廣州市糞便對郊區(qū)計劃供應，農民要“憑票”購買［1］。據(jù)1976年統(tǒng)計，全國糞便為農業(yè)提供了全部肥料的三分之一以上［4］。1980年，中國城市年產糞便3300萬t，其中約90%被運往農村，流入下水道的不足10%。由此可見，中國至少在80年代初一直維持著這種城鄉(xiāng)之間良好的物質循環(huán)關系。
2 城市糞便農業(yè)利用受阻的困境
中國城市糞便的農業(yè)利用自80年代后因下述原因而呈現(xiàn)迅速衰退的趨勢。
(1)農村經濟體制改革以后，個體農戶缺乏獨立運輸、貯存城糞的財力和場所，而村、組集體又缺乏必要的組織措施［1，2］；
(2)水沖廁所的急劇增加，導致糞肥有效植物營養(yǎng)含量下降和雜質含量增加［1］；
(3)化肥的速效、方便和鄉(xiāng)村禽畜肥(由于養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展)的增加對城糞的沖擊；
(4)多數(shù)農民對土地經營觀念變化，追求短期高產，忽視采用有機肥料養(yǎng)田養(yǎng)地；
(5)城市范圍擴大和近郊農地的非農化導致城糞運距越來越遠，提高了運輸費用；
(6)農村勞動力的結構變化(非農化)使進城掏糞、運糞的農民減少；
(7)糞便未經無害化處理易傳播疾病和農民衛(wèi)生觀念加強、衛(wèi)生要求提高。
不同研究者對不同城市的研究從不同側面都表明了這一趨勢。如武漢市清運糞便至農田的產量自1979年的50萬t下降至1983年的40萬t［2］。據(jù)聯(lián)合國開發(fā)計劃署等對武漢市武昌區(qū)糞便農用情況統(tǒng)計，1994年的糞便農用銷售量僅及1992年的29%，銷售收入降至1992年的31%［5］。據(jù)對北京、西安、上海、長春等城市糞便還田利用率統(tǒng)計僅為31%，高者達48%，低僅10%，北京市為調節(jié)農田用肥量曾在郊區(qū)建設的30多座糞庫，目前僅剩下 10座左右［7］。城市糞便傳統(tǒng)出路受阻對糞便處理提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
3 城市糞便處理可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略選擇
3.1選擇污水處理系統(tǒng)為主要發(fā)展戰(zhàn)略的可行性
許多人對城市糞便的處理寄希望于下水道的普及和污水處理廠的興建。但是根據(jù)對近20年以來數(shù)據(jù)分析，城市下水道的普及率和污水處理率并未以期望的速度快速提高(如1978～1990年下水道普及率只提高了13個百分點，1989～1994年6年污水處理率只提高了5個百分點)。按照1987～1994年統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，全國糞便清運量不是隨著下水道普及率提高而下降，而是表現(xiàn)出顯著正相關［8］。雖然這種顯著正相關可能僅僅是這一獨特發(fā)展階段的統(tǒng)計表象，但至少說明了將城市糞便的處理完全寄望于下水道普及和污水處理廠的建設，這在短時期內是不現(xiàn)實的。
美國的下水道和污水處理系統(tǒng)經歷了 160多年的發(fā)展才達到目前80%普及率的水平，而其累計投入高達2500多億美元。根據(jù)國家的產業(yè)政策，規(guī)劃到2000年才實現(xiàn)城市排水管網普及率 70%，污水處理率20%；到2025年時分別為85%和50%～60%。按此規(guī)劃和中國財力狀況及國外經驗，排水管網要達到歐美較高普及率且污水處理廠配套，預計至少還需50年以上。
3.2選擇糞便凈化處理為主要發(fā)展戰(zhàn)略的可行性
若將城市糞便完全作為廢物處理，則因糞便處理廠投資較大(一座100t/d處理能力的糞便處理廠以1992年不變價格計算投資至少在500萬元以上)和運轉費用較高，對于中小城市從經濟承受能力和投資使用效益上短期是不現(xiàn)實的。對于特大和大城市，在相當長時期內也不可能實現(xiàn)完全由糞便處理廠處理所有收集的糞便。日本60年代雖然經濟騰飛，但因當時下水設施基礎太差(下水道人口普及率不足10%)，日本財政支出只能保證下水道普及率以每年1.5%的速度增長，故日本近40年來選擇了費用相對低廉的糞便凈化處理和下水道結合的發(fā)展戰(zhàn)略。但糞便凈化處理系統(tǒng)基建投資累計至少150億美元以上。
根據(jù)3種方法預測［8］，2000年和 2010年糞便清運量分別為3300～5100萬t和4400～5700萬t。而按照中國政府的目標［9］，到2000年和2010年無害化處理量應達到 2000～3100萬t和3500～4600萬t。這樣的處理量若完全由糞便處理廠完成，則至少需建100t/d處理能力的糞便處理廠600座和1000 座以上。另外，糞便處理廠污染仍然存在如何最終處置消納的問題。
3.3城市糞便可持續(xù)農業(yè)利用的戰(zhàn)略選擇
中國龐大的糞便清運基數(shù)和持續(xù)增長的態(tài)勢在短期內難以改變［9］，必須尋找一條經濟、社會、環(huán)境和資源相互協(xié)調、符合中國國情的糞便最終出路。開發(fā)城市糞便的可持續(xù)農業(yè)利用，是中國未來相當長時期的糞便處理處置發(fā)展戰(zhàn)略的自身需求和必然選擇，其可持續(xù)性在于：
3.3.1農民可接受性
根據(jù)對農民態(tài)度和具體城市詳細調查［6］，農村仍然存在著城市糞肥的巨大市場，只要在糞便質量和運輸有保障前提下，農民特別是菜農愿意接受使用城市糞肥，因為以糞肥種植的農產品的品質和口味好，且能持續(xù)保持土地肥效；湖北黃石市，糞便的收集、銷售和運輸車輛的運營維修采取承包形式，司機每年向有關單位上交3萬元，可見糞肥的市場潛力。與西方國家不同，中國有悠久的糞肥農用傳統(tǒng)。因此，復蘇城市糞肥農用市場不會遇到農民在觀念上大的障礙。
3.3.2經濟可行性
當城市下水道尚未普及、糞便處理廠能力十分有限的條件下，廣大農田為城市糞便提供了一個容量無限、可循環(huán)運行的處理處置系統(tǒng)。只是農田系統(tǒng)對各種病原體的處理能力相當有限，必須采取無害化處理措施。城市糞便的“農田處置”費用可以簡單看作主要是運輸距離的函數(shù)，而糞便處理廠系統(tǒng)的費用則主要是糞便量的函數(shù)。比較而言，“農田處置”無疑是更經濟的處置系統(tǒng)。
3.3.3可利用性
當城市糞便在農用出路受阻而被作為廢物尋找出路的同時，城市生活垃圾的堆肥化卻在技術和推廣上得到較快發(fā)展。但綜合N、P、K等作物營養(yǎng)含量，營養(yǎng)含量的穩(wěn)定性、肥料獲得的簡單性、生產成本、市場潛力等因素，城市糞肥明顯優(yōu)于垃圾堆肥。僅以絕對量計算，若全國城市糞便年清運量為3500萬t，則至少相當商品化肥尿素35萬t，過磷酸鈣30～60萬t和鉀肥30～40萬t。而且，處理后的糞肥農用，符合現(xiàn)代農業(yè)經傳統(tǒng)農業(yè)、石油農業(yè)向有機農業(yè)和生態(tài)農業(yè)，肥料由化肥向有機肥料、生物肥料的發(fā)展方向。
3.3.4保護性
糞便經無害化處理后的農業(yè)利用可形成城鄉(xiāng)復合生態(tài)系統(tǒng)內的良性物質循環(huán)和能量的高效流動。這種土地處置系統(tǒng)既是土地資源的一種可持續(xù)利用形式，又可減輕糞便對水體生態(tài)系統(tǒng)的污染負荷，避免了農田系統(tǒng)必需的大量營養(yǎng)元素永遠或長期流出系統(tǒng)物質循環(huán)之外。然而，最近20年糞便農用量的驟減有損于土地的再循環(huán)。因此，糞便的可持續(xù)農業(yè)利用對于保護城鄉(xiāng)復合生態(tài)系統(tǒng)的功能協(xié)調具有長遠的意義。
由上可知，城市糞便的可持續(xù)農業(yè)利用，是將可接受性、可行性、可利用性和保護性結合起來，符合可持續(xù)發(fā)展的本質和核心內容。
4城市糞便可持續(xù)農業(yè)利用的障礙
城市糞便農業(yè)利用在中國曾是普及的傳統(tǒng)做法，有著樸素的低層次的可持續(xù)思想。當人們醒悟到人類社會的合理發(fā)展模式，國際社會普遍接受和推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略時，中國的城市糞便卻正在面臨迅速失掉農業(yè)利用這一可循環(huán)處置系統(tǒng)的困境。前面的7條原因已成為城市糞便可持續(xù)農業(yè)利用的障礙，這些障礙從性質上歸納起來主要是衛(wèi)生障礙、質量障礙、經濟障礙和管理障礙。
4.1衛(wèi)生障礙
農田直接施用收集來的糞便容易傳播傳染病。據(jù)對武漢、黃石、襄樊、宜昌四城市調查［6］，甲肝、痢疾和因糞便直接感染的蠕蟲發(fā)病率很高，農民和從事水產養(yǎng)殖的人因接觸糞便患甲型肝炎的職業(yè)風險高出農產品的食用者人群1.9倍。1984年春，上海居民食用糞便污染的毛蚶而引起的甲型肝炎爆發(fā)流行。全國抽樣調查表明［10］，目前中國農業(yè)利用的城市糞便中，僅有 16%采用無害化方法進行了處理，統(tǒng)計的600多座城市中，糞便無害化處理率為零的城市至少占55%。因此，糞便無害化處理跟不上，糞便的可持續(xù)農業(yè)利用就難以真正實現(xiàn)。
4.2質量障礙
城市糞便中，含有相當數(shù)量的石塊、塑料、木片等雜物。由于這些雜物的非降解性和對農田的破壞性，成為影響城市糞肥質量的限制因素。
4.3經濟障礙
由于水沖廁所的普及，致使城市糞便單位體積肥效價值大大降低。其最直接的后果是大大提高清運費用。同時，對農村現(xiàn)行施肥作業(yè)方式而言，也給農田施用帶來不便？梢娂S便高含水率是運輸和施用的“瓶頸”。
此外，由于農村集體經濟的解體和環(huán)衛(wèi)部門的事業(yè)行政性質，可持續(xù)農業(yè)利用還存在著一系列令人困惑的管理上的難題。
5城市糞便可持續(xù)農業(yè)利用的對策
在可持續(xù)發(fā)展理論框架下的城市糞便可持續(xù)農業(yè)利用，在主題上較之于傳統(tǒng)的正在衰退的糞便農業(yè)利用有著本質上的不同和認識上的飛躍？沙掷m(xù)利用實施是一項復雜的系統(tǒng)工程，其相應的管理政策和技術，既要有長遠目標性，又要有近期可操作性；既要有城鄉(xiāng)的分頭實踐，還要有多部門的協(xié)作配合；此外，更要兼顧技術上的適宜和經濟上的可行。為此，根據(jù)中國國情，針對上述糞便問題，實現(xiàn)城市糞便可持續(xù)農業(yè)利用的初步對策有以下幾個方面：
5.1行政與經濟手段相結合的政策和措施
國家和各地方政府應制訂有利于糞便農業(yè)利用的經濟政策，并宜由環(huán)衛(wèi)、農業(yè)、財政、稅務等部門協(xié)調制訂糞肥農用的有關具體措施，積極建立、推行糞便農業(yè)利用有效的組織措施和運行的模式。有關部門要改變將糞便農業(yè)利用賺錢多少作為經濟判斷和政策判斷標準的狹隘觀念，其中長遠的、綜合的生態(tài)環(huán)境效益和經濟效益應通過稅務、農業(yè)、財政、環(huán)保等部門幫助實現(xiàn)。
5.2技術政策與措施
加快規(guī)模較適宜、投資操作費用較低的糞便無害化處理技術的研究開發(fā)和推廣。技術和財力條件許可的大中城市和較發(fā)達城市，應集中進行無害化處理后再用作農肥。應大力開發(fā)、應用糞便脫水技術、糞渣分離技術、公廁節(jié)水措施或技術，以降低糞便運輸成本，提高糞肥質量。
5.3企業(yè)化管理經營與優(yōu)惠政策
探索城市糞便清運、無害化處理和農業(yè)利用的企業(yè)化經營模式。企業(yè)在滿足政府對環(huán)境衛(wèi)生和環(huán)境保護要求的前提下，其盈利要求可通過向單位和個人征收適當排放費用、減免稅收、政策適當補貼和銷售收入四個環(huán)節(jié)實現(xiàn)。環(huán)衛(wèi)部門輔之以相應的管理措施和提供必要的條件(如提供糞便貯存池、沼氣池等的技術指導、車輛租用等)。
5.4部門合作政策與措施
無論何種模式或措施都需要三個環(huán)節(jié)的緊密配合：一是環(huán)衛(wèi)部門與城市有關職能部門的協(xié)調；二是城鄉(xiāng)之間有關政策部門的配合；三是將農民個體以某種方式組織或充分考慮到他們的分散性而提供有效的互助措施。
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