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农村污水处理漠视“肥水”资源需改变 粪尿卫生返田有商机

2019-04-29 11:09:07 来源:中国给水排水 评论:0 点击:

导语:我国是农业大国,农村生活污水年排放量超过90亿m3,近95%的村庄没有排水管渠和污水处理系统,污水一般都是未经处理直接排放。这种状况不仅造成农村生活环境脏乱差,而且极易对农村水源造成污染,严重影响农村居民的身体健康和生活质量。目前,解决农村污水问题的主流观点是生物处理,如果以卫生方式帮助农户粪尿返田,不仅让“肥水”不再进入灰水,最大程度减少污水形成、简化(甚至省略)处理过程,而且可以缓解磷危机现象、减少温室气体排放。况且,粪尿返田也是帮助农民发展有机农业、种植绿色作物的一种扶贫方式。从生态角度出发,对粪尿“肥水”中的养分价值、源分离粪尿及卫生回田、粪尿返田与有机农业、农村污水处理现状、转变政府投资方式等方面内容进行阐述,以维系和恢复原生态农业生产方式,顺应国际上已开始强调的“蓝色经济”发展模式。

作者简介:郝晓地(1960-),男,山西柳林人,教授,从事市政与环境工程专业教学与科研工作,主要研究方向为污水生物脱氮除磷技术、污水处理数学模拟技术、可持续环境生物技术。现为国际水协期刊《Water Research》区域主编(Editor)。

01 粪尿“肥水”中养分价值

日均人排尿液体积是生活污水的1%~2%,而粪便体积仅为尿液体积的10%。可见,粪、尿排量与生活灰水量相比微乎其微。表1显示,粪、尿中所含氮(N)、磷(P)、钾(K)及有机物(COD)分别占污水中相应含量的97%、90%、66%和59%。尿液作为粪、尿中养分的主要“浓缩液”,主要以尿素(75%~90%N)、PO43-(95%~100%P)和K离子等极易被植物吸收利用的形式存在,是农业生产中非常理想的农家肥,也是绿色食品的养分来源。粪便中所含的P和碳(C)对改良土壤结构、增肥保湿具有很好的促进作用。

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每人每年排泄物中所含N、P、K养分分别为4.4 kg N/a、1.5 kg P2O5/a和1.4 kg K2O/a。研究表明,每人每年产生的尿液可供约0.5亩农作物生长对养分的需求;每人每年粪、尿中所含养分与生产250 kg谷物所需化肥相当,刚好是一个人1年所需谷物消耗量。目前我国农村实际常住人口约为5.7亿人,每年粪、尿中养分含量达416.1万 t/a(250.8万 t/a氮肥、85.5万 t/a磷肥和79.8万 t/a钾肥),相当于2016年我国化肥施用折纯量(5 984.1万 t/a)的7%。按照作物对N元素的需求,每年仅农村常住人口粪、尿中的养分就可供836万hm2的小麦-玉米轮作种植。

02 粪尿源分离与卫生回田

如果不将体积<2%的粪、尿混入灰水,使之以卫生方式返田农用,不仅其中养分可就近利用,而且污水也没有了产生的根源,生活灰水只需进行简单处理或用于“干地”处理(如,旱作灌溉)。传统农村旱厕粪尿回田方式尽管生态,但不太卫生。为此,欧洲一些国家(瑞典、德国等)针对发展中国家设计了基于源分离理念的生态卫生排水系统,并在一些国家获得应用和推广。从如厕源头将粪便和尿液卫生分离,不仅如同水厕一样解决了旱厕不卫生的问题,而且又保留了粪尿中的养分,也就最大程度上避免了农村污水产生问题。

尿液是人体排泄物中所有养分浓缩液。新鲜尿液相对不含病原体,尿液传播疾病的风险主要来自与粪便交叉污染。尿液储存>6个月的时间即可大大降低病原菌含量,并达到农业安全使用的要求。粪便不同于尿液,本身带有多种病原微生物,需经过堆肥发酵(传统农业中的沤肥池即此功效)达到无害化后方可使用。

其实,现代粪尿中药物、激素和重金属残留才是反对粪尿返田时最常见的说辞。关于尿液中药物和激素等潜在污染物的负面影响目前尚不清楚,即使现有污水处理技术也很难有效去除这样的污染物,污水处理后出水灌溉农田同样存在这样的问题。正常情况下,食物中重金属含量较低,使得排泄物中重金属含量远低于灰水中重金属含量。水环境中高含量的重金属主要来自化工、矿业等行业排放的废水,化肥使用和合成饲料才是土壤重金属的主要来源。因此,在市政污水处理不能有效去除药物残留和激素成分的情况下,过度强调粪尿中存在药物残留和激素成分存在污染风险的说法显得非常牵强。如果今后市政末端污水处理全部采用电渗析、纳滤膜、臭氧等技术来应对药物残留和激素成分,那么,这些技术应用于农村粪尿相同成分处理,在源头岂不显得更加经济、有效?

目前中国农村正在进行厕所革命,但“革命的对象”目前似乎并没有找准目标。显然,革命的对象应该是针对其卫生方面的负面作用,而不应否定其在生态方面的正面作用,更不应简单以冲水马桶方式予以解决。否则,不仅毁掉几千年来形成的粪尿返田之生态习惯,而且政府投资/补贴建设的污水处理设施很可能“晒太阳”(地上式)或者“躲阴凉”(地下式)。目前国际上发展“蓝色经济”的思潮与行动正在悄然兴起,而粪尿返田这一极为朴素的蓝色经济几千年来一直被我们的祖先实践着;历史上似乎不曾有过土壤污染、水污染等现象,也很少听说因粪尿传播疾病而导致人口锐减、消亡现象。正是化肥使用才导致大多数农民开始撇弃粪尿种田的习惯,再加上政府部门片面将粪尿返田定义为“陋习”,这才导致“肥水”变成“废水”。

03 粪尿返田与有机农业

粪尿与灰水混合便产生污水,一旦不经处理进入水体则有可能导致营养物大量累积而造成水体富营养化和黑臭水体等现象。目前我国农村普遍存在着一种矛盾现象:一方面是“肥水”外流水体,另一方面是种田再施用化肥。农村出现污水并需要处理的原因在于农民弃用昔日“肥水”,像城市人一样切断了食物(营养源)与土地(营养汇)之间的循环,实际走上一条不可持续的“工业”农业,而不是祖先创造的生态农业。

现代农业中大量化学制品(化肥、农药)应用虽使粮食产量短期获得增产,但长期潜在的隐患已初露端倪,环境污染、生态破坏、资源耗竭、食品安全等问题不断出现,对人类生存环境和健康已构成极大威胁。事实上,粪尿“肥水”是一种优质的有机肥,在发展和维系安全无污染的有机农业方面优势明显。将粪尿中的养分纳入自然界物质循环系统是生态文明的基础,不仅可以减少农业对化肥的需求,更为重要的是可以最大程度减少农村污水的产生和处理,避免水环境污染。粪尿返田用于有机农业生产是原生态文明下的产物,即使在现代农业的今天也具有相当的经济、环境与社会效益。

3.1 经济效益

有机肥是缓释肥,其中营养成分释放与作物吸收往往不能同步,这便产生了有机农业“成本高、产量低、效益低”的误区。事实并非如此,在同等施用氮肥的情况下,有机种植产量并不比化肥种植产量低,个别作物产量甚至可达化肥种植的2~3倍;有机作物产量主要与有机种植年限长短有关。有机肥作为缓释肥其养分释放确实比化肥显得缓慢,导致有机种植前期产量往往较低,但随着种植年限延长,有机种植产量将会逐渐接近化肥种植。此外,由于有机作物在生产过程中没有受到污染,与环境更为友善、产品更加安全,其市场销售价格往往是化肥产品的2~3倍、甚至有些会达到10倍以上,利润空间很大。

河南开封某自然村进行有机作物种植,其经济利益可观,利润分析见表2。可见,尽管有机农业人工成本高于化肥农业,但最终两种种植方式下总投入成本并没有明显的差异。有机农业虽短期内在产量上处于劣势,但由于有机农产品的价格远高于化肥农产品,这就使得有机种植最终往往有具有远超化肥种植的利润空间。

3.2 环境效益

粪尿返田的环境影响远不止最大程度减少农村污水产生而保护水体环境、可有效避免处理污水带来的投资、能耗和运行管理上的问题,更为重要的是可以因此而减少对难以再生磷资源的过度需求,并可减少因化肥生产过度耗能而产生的温室气体排放。此外,有机种植方式亦可大大减少土壤中甲烷(CH4)和氮氧化物(N2O)等温室效应更高的温室气体排放,还对CO2排放具有巨大的封存潜力。采用排放通量总外推法对我国农村粪尿返田对温室气体减排的潜力(数据详见表3)分析证实了这一点。

由此可见,利用粪尿返田发展有机农业能够减少化肥和农业生产两个领域的双重温室气体排放,总减排量可达3 844万 t CO2/a,占我国农业温室气体排放量(10亿万 t CO2/a)的4%。这种低耗能、低排放、高碳汇的有机农业模式对我国实现温室气体减排目标的贡献不容小觑。

3.3 社会效益

有机农业作为一种生态健康产业,生产的绿色产品更加安全、健康,因此也大大提升了农产品的附加值,可为农户创造更多的经济利益,也是农户脱贫致富的有效途径之一。在农村,如果粪尿通过返田发展有机农业被重新看作“肥水”而不再混入灰水,这对农村环境的恢复和改善显然具有积极的影响,比形成污水后再处理更加省时、省力、省钱;国家只需鼓励和少量补贴便可驱动农民恢复昔日粪尿返田习惯,让农民因真正的有机种植而普遍获益、甚至脱贫。往日不受待见的粪尿若能纳入政府的扶贫政策,卫生返田将会在收集、利用、种植、销售等各个环节为农民带来就业岗位。同时,也可以通过培训、教育等方式来提高农村劳动力素质,并逐渐帮助农民培育出各自绿色农副产品品牌,建立起良好的社会信誉和稳定的销售体系。

04 农村污水处理现状

由于多数农户不再把粪尿看作“肥水”,加之一些政府部门亦片面强调农村旱厕为陋习,导致农民将粪尿与灰水混合而形成污水,结果导致目前农村环境脏乱差的现象。为应对农村污水问题,出现了众多污水处理技术,但归类发现,大都是市政污水处理的微缩版,甚至连市政污水处理备受质疑的MBR技术也早在北京很多区县农村得以安装。农村污水具有分散、量小的特点,集中处理首先要具备完善的收集、输送系统,即,下水道系统。德国20世纪八十年代市政污水处理率达96%时,下水道与污水处理设施投资比为7:3,即,排水处理系统投资70%用于下水道建设,此比值对低密度的农村来说则显更大。可见,只强调污水处理而忽视下水管网建设的结果会普遍存在“远水解不了近渴”的问题,导致即使建成也会出现“晒太阳”、“躲阴凉”的现象。我国已建农村污水处理设施情况表明,“晒太阳”、“躲阴凉”现象确实十分普遍;官方此类报道已不胜枚举。加之农村污水处理设施规模小,运行成本普遍高于市政污水处理,甚至高达3元/m3以上,这对难以征收污水处理费的农村来说亦很难维系正常运行。此外,技术管理也是农村污水处理的短板,将MBR等高技术引入农村就好比让农民放卫星一样,简直就是天方夜谭。

05 转变政府投资方式

每年我国农村污水治理工程政府投资高达上百亿元,且逐年增加。面对农村污水处理设施“建而不用、建而不管”的普遍现象,足以引起反思。因此,政府首先需要转变观念,打开“官智”,相应转变投资、补贴方式。观念转变需要重新审视粪尿返田之原生态文明习惯,肯定“肥水”的生态价值和将之返田的环境效应。只有这样,才可能将用于污水处理的巨额投资“缩水”,以少量经济补贴方式帮助和鼓励农民恢复粪尿返田习惯,直接促进农民发展全生态有机农业。为此,政府应建立相应生态补偿机制,全面调动财政、税收、行政等政策资源以及社会资源,积极引导农民利用粪尿进行有机种植。政府亦可通过征收化肥税的方式来补贴粪尿返田。

粪尿卫生返田中病原菌控制最为关键。对此,政府应免费向农户提供科学沤肥、灭菌技术,改变传统简单、粗放的沤肥方式,实现沤肥科学化、标准化。粪尿返田发展有机农业往往在初期存在作物产量低、有机认证门槛高和农田生态修复投资等问题,政府在此方面应给予财政支持和政策扶持,以解除农民担心有机种植产量低、存在销路风险的后顾之忧。

06 结语

农村污水处理过度强调传统旱厕在卫生方面的负面作用,完全漠视粪尿作为“肥水”的生态价值。既有农村污水处理设施大都“晒太阳”、“躲阴凉”的事实说明,处理并不太适合于农村,特别是移植城市的处理技术。如果能重新认识粪尿“肥水”的生态价值并维系和恢复原生态文明下的粪尿返田习惯,不仅可以发展目前趋之若鹜的有机农业,亦可防患于未然地从根本上解决污水产生现象,从而最大程度避免农村污水处理怪象。

源粪尿返田是发展有机农业生产绿色食物的最佳养分;粪尿返田有助于缓解磷危机现象;有机种植不仅可以大大减少因化肥生产耗能排放的CO2温室气体,土壤还可减少CH4和N2O等温室气体排放并封存大量CO2;有机种植亦可帮助困难地区农民脱贫,甚至致富。因此,粪尿“肥水”返田有着明显的环境、社会和经济效益。前提是政府部门应该首先转变观念,出台鼓励和扶持政策,变投资污水处理设施为补贴粪尿返田,以“四两拨千斤”杠杆调节方式驱动和帮助农民卫生返田和有机种植。

蓝色经济已成为国际开始倡导的未来发展模式,其核心内容就是发展纳入生态体系的循环经济。这与中华文明五千年历史创造的粪尿返田原生态习惯殊途同归,或者说粪尿返田就是最朴素的蓝色经济。在我国农村污水治理基本上还是一张白纸之时,绝不是聚焦选择所谓“适宜”处理技术的最佳时候,而是应停下来看看国际、反思自己的关键时刻。不然,走错路、投错资的生态环境代价日后将难以弥补。

 

原标题:农村污水处理漠视“肥水”资源需改变,粪尿卫生返田有商机

 

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