中国城市粪便的可持续利用研究
粪便具有污染物和资源两种概念。在中国，城市粪便用作肥料由来已久，只是长期以来人们更多地关注粪便的资源利用而少考虑粪便的污染危害。80年代以来，由于多种原因使城市粪便农用出现了戏剧性的急剧下降，迫使大量的粪便向城市附近区域倾倒，出现更为严重的卫生和环境污染问题。许多城市已认识到粪便问题是城市环境保护发展战略必须解决的紧迫问题。
环境问题与资源问题可以说均是“可持续发展”的重要渊源。基于可持续发展的取向，中国城市粪便问题的解决应在符合国情的前提下，建立在环境保护和资源利用这两个支点上，即城市粪便资源的可持续利用。
1 中国城市粪便农业利用的历史背景
粪便作为肥料来源和土壤调节剂，在中国具有悠久历史，其作为商品农用至少可追溯到南宋以前［1］。在化肥大规模应用之前，城市粪便可以说历来被视为重要的农业肥料走着废物资源化道路。据资料［2，3］，1949年以前，武汉、北京等地，城市粪便一直由私人粪商经营、把持，形成颇具规模的粪便产业。50年代后至1979年农村“包产到户”时期，城市粪便的清运和销售主要由环卫部门管理与经营。在武汉，粪便销往邻近各县，由市政府严格管理才得以控制农民进城哄抢粪便的状况［2］。80年代初，广州市粪便对郊区计划供应，农民要“凭票”购买［1］。据1976年统计，全国粪便为农业提供了全部肥料的三分之一以上［4］。1980年，中国城市年产粪便3300万t，其中约90%被运往农村，流入下水道的不足10%。由此可见，中国至少在80年代初一直维持着这种城乡之间良好的物质循环关系。
2 城市粪便农业利用受阻的困境
中国城市粪便的农业利用自80年代后因下述原因而呈现迅速衰退的趋势。
(1)农村经济体制改革以后，个体农户缺乏独立运输、贮存城粪的财力和场所，而村、组集体又缺乏必要的组织措施［1，2］；
(2)水冲厕所的急剧增加，导致粪肥有效植物营养含量下降和杂质含量增加［1］；
(3)化肥的速效、方便和乡村禽畜肥(由于养殖业的发展)的增加对城粪的冲击；
(4)多数农民对土地经营观念变化，追求短期高产，忽视采用有机肥料养田养地；
(5)城市范围扩大和近郊农地的非农化导致城粪运距越来越远，提高了运输费用；
(6)农村劳动力的结构变化(非农化)使进城掏粪、运粪的农民减少；
(7)粪便未经无害化处理易传播疾病和农民卫生观念加强、卫生要求提高。
不同研究者对不同城市的研究从不同侧面都表明了这一趋势。如武汉市清运粪便至农田的产量自1979年的50万t下降至1983年的40万t［2］。据联合国开发计划署等对武汉市武昌区粪便农用情况统计，1994年的粪便农用销售量仅及1992年的29%，销售收入降至1992年的31%［5］。据对北京、西安、上海、长春等城市粪便还田利用率统计仅为31%，高者达48%，低仅10%，北京市为调节农田用肥量曾在郊区建设的30多座粪库，目前仅剩下 10座左右［7］。城市粪便传统出路受阻对粪便处理提出了严峻的挑战。
3 城市粪便处理可持续发展战略选择
3.1选择污水处理系统为主要发展战略的可行性
许多人对城市粪便的处理寄希望于下水道的普及和污水处理厂的兴建。但是根据对近20年以来数据分析，城市下水道的普及率和污水处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个百分点，1989～1994年6年污水处理率只提高了5个百分点)。按照1987～1994年统计数据分析，全国粪便清运量不是随着下水道普及率提高而下降，而是表现出显著正相关［8］。虽然这种显著正相关可能仅仅是这一独特发展阶段的统计表象，但至少说明了将城市粪便的处理完全寄望于下水道普及和污水处理厂的建设，这在短时期内是不现实的。
美国的下水道和污水处理系统经历了 160多年的发展才达到目前80%普及率的水平，而其累计投入高达2500多亿美元。根据国家的产业政策，规划到2000年才实现城市排水管网普及率 70%，污水处理率20%；到2025年时分别为85%和50%～60%。按此规划和中国财力状况及国外经验，排水管网要达到欧美较高普及率且污水处理厂配套，预计至少还需50年以上。
3.2选择粪便净化处理为主要发展战略的可行性
若将城市粪便完全作为废物处理，则因粪便处理厂投资较大(一座100t/d处理能力的粪便处理厂以1992年不变价格计算投资至少在500万元以上)和运转费用较高，对于中小城市从经济承受能力和投资使用效益上短期是不现实的。对于特大和大城市，在相当长时期内也不可能实现完全由粪便处理厂处理所有收集的粪便。日本60年代虽然经济腾飞，但因当时下水设施基础太差(下水道人口普及率不足10%)，日本财政支出只能保证下水道普及率以每年1.5%的速度增长，故日本近40年来选择了费用相对低廉的粪便净化处理和下水道结合的发展战略。但粪便净化处理系统基建投资累计至少150亿美元以上。
根据3种方法预测［8］，2000年和 2010年粪便清运量分别为3300～5100万t和4400～5700万t。而按照中国政府的目标［9］，到2000年和2010年无害化处理量应达到 2000～3100万t和3500～4600万t。这样的处理量若完全由粪便处理厂完成，则至少需建100t/d处理能力的粪便处理厂600座和1000 座以上。另外，粪便处理厂污染仍然存在如何最终处置消纳的问题。
3.3城市粪便可持续农业利用的战略选择
中国庞大的粪便清运基数和持续增长的态势在短期内难以改变［9］，必须寻找一条经济、社会、环境和资源相互协调、符合中国国情的粪便最终出路。开发城市粪便的可持续农业利用，是中国未来相当长时期的粪便处理处置发展战略的自身需求和必然选择，其可持续性在于：
3.3.1农民可接受性
根据对农民态度和具体城市详细调查［6］，农村仍然存在着城市粪肥的巨大市场，只要在粪便质量和运输有保障前提下，农民特别是菜农愿意接受使用城市粪肥，因为以粪肥种植的农产品的品质和口味好，且能持续保持土地肥效；湖北黄石市，粪便的收集、销售和运输车辆的运营维修采取承包形式，司机每年向有关单位上交3万元，可见粪肥的市场潜力。与西方国家不同，中国有悠久的粪肥农用传统。因此，复苏城市粪肥农用市场不会遇到农民在观念上大的障碍。
3.3.2经济可行性
当城市下水道尚未普及、粪便处理厂能力十分有限的条件下，广大农田为城市粪便提供了一个容量无限、可循环运行的处理处置系统。只是农田系统对各种病原体的处理能力相当有限，必须采取无害化处理措施。城市粪便的“农田处置”费用可以简单看作主要是运输距离的函数，而粪便处理厂系统的费用则主要是粪便量的函数。比较而言，“农田处置”无疑是更经济的处置系统。
3.3.3可利用性
当城市粪便在农用出路受阻而被作为废物寻找出路的同时，城市生活垃圾的堆肥化却在技术和推广上得到较快发展。但综合N、P、K等作物营养含量，营养含量的稳定性、肥料获得的简单性、生产成本、市场潜力等因素，城市粪肥明显优于垃圾堆肥。仅以绝对量计算，若全国城市粪便年清运量为3500万t，则至少相当商品化肥尿素35万t，过磷酸钙30～60万t和钾肥30～40万t。而且，处理后的粪肥农用，符合现代农业经传统农业、石油农业向有机农业和生态农业，肥料由化肥向有机肥料、生物肥料的发展方向。
3.3.4保护性
粪便经无害化处理后的农业利用可形成城乡复合生态系统内的良性物质循环和能量的高效流动。这种土地处置系统既是土地资源的一种可持续利用形式，又可减轻粪便对水体生态系统的污染负荷，避免了农田系统必需的大量营养元素永远或长期流出系统物质循环之外。然而，最近20年粪便农用量的骤减有损于土地的再循环。因此，粪便的可持续农业利用对于保护城乡复合生态系统的功能协调具有长远的意义。
由上可知，城市粪便的可持续农业利用，是将可接受性、可行性、可利用性和保护性结合起来，符合可持续发展的本质和核心内容。
4城市粪便可持续农业利用的障碍
城市粪便农业利用在中国曾是普及的传统做法，有着朴素的低层次的可持续思想。当人们醒悟到人类社会的合理发展模式，国际社会普遍接受和推行可持续发展战略时，中国的城市粪便却正在面临迅速失掉农业利用这一可循环处置系统的困境。前面的7条原因已成为城市粪便可持续农业利用的障碍，这些障碍从性质上归纳起来主要是卫生障碍、质量障碍、经济障碍和管理障碍。
4.1卫生障碍
农田直接施用收集来的粪便容易传播传染病。据对武汉、黄石、襄樊、宜昌四城市调查［6］，甲肝、痢疾和因粪便直接感染的蠕虫发病率很高，农民和从事水产养殖的人因接触粪便患甲型肝炎的职业风险高出农产品的食用者人群1.9倍。1984年春，上海居民食用粪便污染的毛蚶而引起的甲型肝炎爆发流行。全国抽样调查表明［10］，目前中国农业利用的城市粪便中，仅有 16%采用无害化方法进行了处理，统计的600多座城市中，粪便无害化处理率为零的城市至少占55%。因此，粪便无害化处理跟不上，粪便的可持续农业利用就难以真正实现。
4.2质量障碍
城市粪便中，含有相当数量的石块、塑料、木片等杂物。由于这些杂物的非降解性和对农田的破坏性，成为影响城市粪肥质量的限制因素。
4.3经济障碍
由于水冲厕所的普及，致使城市粪便单位体积肥效价值大大降低。其最直接的后果是大大提高清运费用。同时，对农村现行施肥作业方式而言，也给农田施用带来不便。可见粪便高含水率是运输和施用的“瓶颈”。
此外，由于农村集体经济的解体和环卫部门的事业行政性质，可持续农业利用还存在着一系列令人困惑的管理上的难题。
5城市粪便可持续农业利用的对策
在可持续发展理论框架下的城市粪便可持续农业利用，在主题上较之于传统的正在衰退的粪便农业利用有着本质上的不同和认识上的飞跃。可持续利用实施是一项复杂的系统工程，其相应的管理政策和技术，既要有长远目标性，又要有近期可操作性；既要有城乡的分头实践，还要有多部门的协作配合；此外，更要兼顾技术上的适宜和经济上的可行。为此，根据中国国情，针对上述粪便问题，实现城市粪便可持续农业利用的初步对策有以下几个方面：
5.1行政与经济手段相结合的政策和措施
国家和各地方政府应制订有利于粪便农业利用的经济政策，并宜由环卫、农业、财政、税务等部门协调制订粪肥农用的有关具体措施，积极建立、推行粪便农业利用有效的组织措施和运行的模式。有关部门要改变将粪便农业利用赚钱多少作为经济判断和政策判断标准的狭隘观念，其中长远的、综合的生态环境效益和经济效益应通过税务、农业、财政、环保等部门帮助实现。
5.2技术政策与措施
加快规模较适宜、投资操作费用较低的粪便无害化处理技术的研究开发和推广。技术和财力条件许可的大中城市和较发达城市，应集中进行无害化处理后再用作农肥。应大力开发、应用粪便脱水技术、粪渣分离技术、公厕节水措施或技术，以降低粪便运输成本，提高粪肥质量。
5.3企业化管理经营与优惠政策
探索城市粪便清运、无害化处理和农业利用的企业化经营模式。企业在满足政府对环境卫生和环境保护要求的前提下，其盈利要求可通过向单位和个人征收适当排放费用、减免税收、政策适当补贴和销售收入四个环节实现。环卫部门辅之以相应的管理措施和提供必要的条件(如提供粪便贮存池、沼气池等的技术指导、车辆租用等)。
5.4部门合作政策与措施
无论何种模式或措施都需要三个环节的紧密配合：一是环卫部门与城市有关职能部门的协调；二是城乡之间有关政策部门的配合；三是将农民个体以某种方式组织或充分考虑到他们的分散性而提供有效的互助措施。
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