摘要 我国农村污水治理的需求巨大，但是技术与产业支撑能力却很薄弱，薅需通过顶层设计，指导和规范技术应用，并借此引导科技与产业的健康发展。在论述农村污水治理技术架构及其决策问题的基础上，从卫生模式、收集模式、污水处理模式、工艺模式与技术形式几疗面提出了我国农村污水治理技术体系顶层设计的总体设想，并指出顶层设计的关键问题是要解决生态卫生模式评价和构造型分散污水处理技术的标准化。
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关键词 农村污水治理；技术架构；顶层没汁
文／范彬
随着我国经济社会发展向中等发达阶段迈进，农村污水治理已经成为一项国家需求。根据调查，农村和小城镇污水对我国水体常规污染指标（COD、总氮、总磷）的贡献已经超过城市污水，接近城市污水和工业废水的总和。近年来我国一些先发展的地区、重点流域和中心城市周边率先拉开普及农村污水治理的序幕，在农村污水治理方面取得一些成效，获得一些经验。但总体来说，支撑我国农村污水治理的技术能力和管理能力还很弱，现状投入和产出严重不对称，其中设施建设质量低下，技术应用不当是一个重要原因。
农村污水治理的技术架构
当前，一些发达地区已率先拉开普及农村污水治理的序幕，然而当前我国农村污水治理的技术支撑能力却处于低级、粗放阶段，主要表现在两个方面：一是管理者应用和管理技术应用的能力较低，二是行业企业提供合格产品与服务的能力较低；二者相互关联。我国迫切需要开展国家层面的顶层设计，迅速提升农村污水治理的技术应用、技术生产和技术管理的能力，保障农村污水治理的长远绩效。
农村污水治理技术的基本架构如图1所示，其中包含了5个层次的技术决策问题，分别是卫生模式选择、收集模式选择、处理模式选择、工艺模式选择和技术形式选择，这既是制定一个具体工程的技术方案时需要研究的问题，也是我国农村污水治理技术顶层设计需要解决的核心问题。下面分别论述各个层次的技术路线选择问题。
我国农村污水治理技术的顶层设计构想
卫生模式
卫生模式是人类处理处置自身所排放污染物（人体排泄物、生活污水、生活废弃物）的基本理念及其技术手段，这些污染物主要以污水和垃圾两种形态出现。
常规卫生模式最初的目的是使污水垃圾远离人的生活处所，为了应对在排放过程中出现的各类环境问题，常规卫生模式逐步形成“废弃一收集一处理一排放或处置”的固有技术格局。在常规卫生模式下，污水所携带的污染物通过物理、化学或生化处理的方法得到分离、降解或矿化，从而使最终排水的水质得到一定程度的恢复。常规卫生技术应用与发展的历史长，卫生效果好，技术成熟，是目前全世界普遍采用的卫生模式。
由于常规卫生模式植根于废物或废水“弃置”的思维，不仅生活污水和垃圾中的有用资源难以回用，而且由于“弃置”过程中不断出现新的环境问题，使得“处理”的要求越来越高，工艺流程越来越长，处理成本也越来越高。生态卫生的理念就是在这样的背景下被提出，其基本的思路是将人体排泄物、餐厨垃圾等生物性废弃物在排放的源头与其他废水或垃圾分离开来，单独收集并通过资源再生处理回用于农业生产等途径。目前基于生态卫生的理念已经开发出多种接近实用的技术路线，但是这一模式被广为接受还要克服很多障碍，迫切需要政策性的扶持。
我国应在稳健应用和适当发展常规卫生技术的基础上，大力发展生态卫生的技术。常规卫生模式经过约150年的发展，在追求人居生活卫生方面已达到相当的高度，在污水处理方面也形成了非常完整成熟的技术体系，在相当长的时间内，其在城镇以及城镇化水平较高的乡村地区的主体应用地位仍难以撼动。但常规卫生模式是以大量物质、能源的消耗以及生态环境的牺牲为代价。虽然为适应不断严格的环境排放标准，常规卫生模式下的污水垃圾处理处置技术在工艺上还在不断扩充、延展，在局部技术细节上也时有创新，但是总体技术已难以有大的突破。反之，对生态卫生模式及其技术的研发才刚刚开始。由于我国有一半以上的人口需要按照现代标准新建生活卫生系统，应用和发展新技术的潜力非常巨大，有条件先于发达国家进入污水垃圾处理的2．O时代。
收集模式
将生活污染物或污水收集起来是实现污水和垃圾治理的关键步骤，而且往往是投资需求最大的环节。
在常规卫生模式下，将多大范围的污水收集在一起进行处理是农村污水治理技术决策的一个难题。根据集中处理的程度，农村污水收集的模式分为就地收集（处理）、村组收集（处理）和区域收集（处理）三种模式，其中区域收集（处理）模式有时也称作纳入城镇管网系统收集处理模式，也是我们通常所说的集中收集（处理）。相对城镇管网及污水处理厂这种大型的集中处理模式，就地收集处理和村组收集处理被称为分散处理模式。
集中处理的优点是污水处理厂具有规模效应，在污水处理环节的成本低、运行维护简便，但管网投资大，污水处理要求高，再生水回用困难。分散处理的优点是管网投资小（尤其是就地处理），便于处理后水的就地排放或利用，缺点是建设与运行缺乏规模效应，需要精心组织、精心管理。
经济比较本来可以作为收集模式决策的主要依据，但在实际工程中，受主客观因素限制，在规划阶段对管网及污水处理设施建设与运行成本的准确预测并不容易做到，导致当前在农村污水治理过程中普遍存在收集模式选择不当的问题。现实中存在两种常见的不合理现象：一种现象是由于我国长期实行城乡二元分割的社会管理体制，一些在技术经济上确实具备条件纳入城镇管网收集范围的村庄因体制障碍而不能纳管处理，这种情况随着城乡区域分割界限的打破会有所好转：另一种情况是偏好集中处理方式，导致农村污水治理投资过高，这种情况更应引起重视，这一现象在目前正在开展农村污水治理的发达地区较为常见。
分散处理的方式应成为我国农村污水治理优先采用的方式，这一点很多管理者甚至专业人士都没有认识到。就技术发展而言，污水分散处理在出水效果、运行维护的可靠性等方面均已经完全达到集中处理的水平，在生态性及再生水回用等方面还有集中处理所不具备的优势，但分散处理在建设与运行的行业管理与组织实施上又显著不同于集中处理，尤其是对政府部门提出更精细化的管理要求。管理部门偏好集中污水处理方式，除观念陈旧和懒政思维等因素外，与当前我国分散污水处理技术产品与服务质量低下有很大关系，但更深层次的原因在于我国农村污水治理的政府管理体系、行业管理体系尚不健全，导致劣质技术驱逐优秀技术。这一问题必须通过农村污水治理技术的顶层设计，结合体制机制的完善和创新加以解决。
在针对老村开展污水治理时，污水收集模式的选择尤其需要慎重。我国绝大多数既有村庄都没有建设完善的下水管道，但在开展污水治理前村庄绿化和道路硬化等工程基本上都已结束。在这种情况下，管网修建的成本可能会增加2～3倍。根据江苏省常熟市的经验，其引进日本净化槽技术所实施的村庄污水治理工程，较之村组收集处理和区域收集处理模式在经济上均有显著优势。日本在二次世界大战后迅速推进农村污水治理，其中90%的农村污水治理工程采用就地处理模式。日本的实践表明，在各种集中收集程度不同的污水处理方式中，就地处理的成本仅次于百万人规模的大型城市集中处理。这一经验值得我国深入研究。
处理模式
根据主体污水处理设施的承载形式，常规卫生模式下的农村分散污水处理分为自然型处理模式和构造型处理模式两类。自然型处理即惯常所说的“生态处理”，主要是利用土地等自然资源构建用于污水处理的装置，通过强化在自然环境中的“生化一物化”过程使污染物得到降解并使水质得到净化。构造型处理是以现场构筑或工厂预制容器为主要载体并组合曝气等动力设备的污水处理装置，常见的构造型处理技术基本上都是基于二级生化处理的原理。
构造型处理和自然型处理的优缺点是相对的。当自然资源的“价格”较低时，采用自然型处理有利于降低设施建设与运行的成本，缺点是这种方式强调因地制宜，设施安装不易标准化，处理效果受自然条件限制，可控性较差。构造型反应器的优点是对自然资源占用较少，适应性强，处理效果可控，缺点是存在动力消耗。对于动力消耗问题应正确看待。一般的构造型分散污水处理技术，折算到人均装机功率约5瓦，在当今家用电器普及的情况下，过分追求无动力运行显然意义不大。
我国农村污水治理应在重视因地制宜选用自然型处理技术的同时，大力发展构造型污水处理技术。当前对自然型处理模式存在一种认识误区，认为自然型处理天生就是更具“生态效应”、更“经济”的污水处理方式，甚至将其等同于景观化的处理方式、免维护的处理方式。实际上只有在自然条件特别有利的情况下，自然型处理才具备与构造型处理的比较优势。目前我国迫切需要开展农村污水治理的地区，往往都是人口密集、经济活动强度大的地区，土地等自然资源并不丰富，有时候“价格”还很高。近年来，我国建成了为数不少的农村自然型污水处理工程，但能够真正发挥污水处理功效的比例较小。北美洲和澳大利亚地广人稀，因而自然型处理方式的应用较为成功。不过这些国家的实践经验也表明，因安装不当和缺少必要的运行维护，很多自然型处理设施难以正常运行，造成对地下水等的污染问题。通过社会化大生产可以大幅降低产品和服务成本，这是工业时代早就被证明了的事情，但对于我国即将开展的大规模农村污水治理而言仍具有特别重要的意义。
工艺模式
构造型处理技术的类型十分丰富，目前常见的污水处理主体工艺就有十几种，每种主体工艺又衍生出多种组合工艺。即使是完全相同的工艺，不同公司出于竞争目的或自身偏好，又可能做成五花八门的形式。据不完全统计，目前我国市场上常见的农村污水处理的技术形式有30多种，全世界的分散污水处理技术在我国几乎都能找到工程应用的案例。如此庞杂的技术生产与技术应用，对我国还处于起步阶段的农村污水治理而言绝非好事，一方面造成无序竞争，另一方面也由于缺少规模效应，加大了农村污水治理的成本。
技术形式
我国农村污水治理在鼓励技术创新的同时，应集中应用和重点发展少数几种构造型的分散污水处理技术。我国迫切需要对用于构造型的分散污水处理工艺及其技术形式进行标准化，尤其是对工厂预制型的反应器技术。对于农村生活污水这一特定的处理对象而言，其污水特性、环境标准和气候温度至少在一定的区域尺度上不存在大的变化，因而为技术的标准化应用与生产提供了空间。日本在农村分散污水处理技术方面早已形成非常完善的标准化体系，这方面也很值得我们学习。
顶层设计需要解决的关键问题
我国农村污水治理技术的顶层设计需要着重解决两方面的关键问题。
生态卫生模式评价
生态卫生模式特别适合用于我国的农村污水和垃圾治理。生态卫生的理念和技术大多源自于发达国家，但在其提出之时，发达国家已基本建成覆盖全部人口的常规排水系统，使生态卫生技术失去大规模应用的机会。我国的国情与发达国家不同：一方面，我国是农业大国，农村人口众多且绝大多数农村居民尚未拥有完善的污水垃圾处理设施，经济基础薄弱但发展迅速，因此市场应用的前景巨大；另一方面由于农村生活和生产方式的改变，我国已成为全世界过量使用化肥最严重的国家，化肥生产、使用及其向环境水体的大量流失造成严重的环境污染问题，仅经济上的损失就难以估量。因此，我国具备开发生态排水技术的迫切需求、技术能力和推广应用的优势。基于生态排水技术的研发生产与应用，我国有望在污水治理技术领域摆脱“西方追随者”的身份，成为世界卫生技术发展的引领者。
目前生态卫生模式的推广应用主要面临两个方面的障碍：一是技术不够成熟，主要表现在室内卫生技术方面和系统技术的完整性方面；二是缺少应用与发展的机会，这两者其实是一个循环性的问题。生态卫生模式所需的关键技术主要是源分离技术（室内卫生）、有机肥制造技术、有机农业技术以及系统的运行维护技术。过去一些生态卫生技术的实践之所以失败，最突出的一点是忽视了人对室内卫生设施的基本要求。中国科学院生态环境研究中心在国家水专项的支持下，在常熟市古里镇陈塘村实施了基于真空源分离的生态排水工程示范，并且通过区域化的集中运行维护解决了系统运行和维护问题。示范工程运行3年多，在室内设施的卫生性、舒适性和便利性方面得到村民的肯定，说明真空源分离技术是实现生态卫生模式的理想技术途径。生态排水的其他技术环节，如有机肥制造和生态农业等在目前并不存在不可逾越的技术障碍，但是作为一种创新的公共卫生系统技术，在已有技术的卫生功能已经为普通大众惯于接受的情况下，其完善技术并且走向应用，除需要研发、制造与工程服务行业的努力外，还需要普通大众、市政管理、农业生产等多方面的支持与配套。没有公共意志的组织与推动，这几乎是难以想象的事情。
作为支持国家制定重大技术与产业政策的依据，有必要对生态卫生模式在环境保护、经济成本以及在产业技术发展方面的比较优势进行全面、综合的评价。
构造型分散污水处理技术的标准化
无论是现在还是将来，基于常规卫生模式的构造型分散污水处理技术都会是我国农村分散污水治理的重要技术模式。过多的工艺及技术形式实际上阻碍了农村污水治理的有效开展与高效推进，标准化势在必行。显然，技术决策应首先以技术评价为依据。虽然国内外已经开展了大量的有关农村分散污水处理技术的评价研究，但是站在国家重大技术决策需求的角度，这一问题还没有现成的答案。其次，技术的标准化是一种妥协的艺术。在多种工艺和技术构型都能达到相同的技术经济效果时，为了通过批量的生产制造降低成本，就必须在不同工艺和技术构型方面进行取舍。在技术标准化方面，除了管理部门的引导外，行业协会应充分发挥组织协调的作用。
自然型处理模式在我国也有相当的应用空间。虽然这类技术强调因地制宜，但是从设计、安装与运行方面进行标准化和规范化的管理也十分有必要。在这一方面，美国的经验值得我们学习。
结语
我国农村污水治理的总体投资需求约为3万亿，这既是一项重大挑战，也是一次技术与产业发展的良机。我国应在发达国家已取得的经验及教训的基础上，充分利用世界科技进步的成果，以巨大的市场需求为抓手，以完善的顶层设计为指导，迅速建立强大的本土产业和技术体系，在保障我国农村污水治理绩效的同时，为本领域的世界科技进步作出应有的贡献。
（作者系中国科学院生态环境研究中心、住房和城乡建设部农村污水处理技术北方研究中心研究员）