【视点】污水处理的未来：回归原生态文明（上）

在我国行将进入“十三五”发展阶段，俗称“水十条”的《水污染防治行动计划》也已由国务院批准，正式发布。按此“计划”规定，全国七大重点流域水质到2030年时优良比例总体需达到75%以上，城市建成区黑臭水体总体要得到消除。无疑，“水十条”的发布必将促进污水处理市场规模空前扩张以及新技术不断涌现并及时应用。处于这种背景之下，国内从媒体、学界、一直到企业几乎全部摩拳擦掌，各个跃跃欲试，以分割即将到来的信息、学术、乃至技术/设备这块大“雪糕”。

“水十条”设定的2030年这一规划期限刚好与欧美等国家倡导的未来污水处理技术路线图时限完全一致[1-6]。为此，我们有必要在系统了解国际污水处理技术发展理念的同时，首先剖析中华民族几千年来农耕文明所形成的粪尿返田这一原生态物质循环方式在可持续发展方面的意义，并以此对照当前与未来污水处理技术发展的理念与内涵，最终归纳、总结出当今世界高端技术研发与应用的目标。

本文从自然水循环基础入手，概括人类出现对水循环过程中水量与水质的影响以及人类应该采取的对策。以原生态文明可持续意义为背景，审视现代文明中排水体制对生态基础的破坏以及人工恢复所需要采取的技术手段。针对我国目前的城镇化以及生态文明建设，指出原生态文明乃应保留与发扬的分散式处理模式。对既有城市，言明集中式处理的发展方向与以及重点目标。

1 顺应自然水循环

生命之水天上来，条条江河归大海，这就是所谓的自然水循环，且早在人类诞生之前便已存在许久。人类出现后，对水的需求已不再是远古时代延续生命而已，早已转变为目前舒适自已的“奢侈”生活方式，以至于对自然水循环不满足于顺应，而是转向改造自然的战天斗地，已不再顾及水量乃至水质的变化。结果，导致人类生活越舒适，水量越匮乏、水质越恶化的窘迫现象，由此还引发了一系列与水相关的生态环境问题，反过来又抑制了社会经济持续、健康发展，让我们的舒适生活充满尴尬。

降雨的自然归宿除一部分以下渗方式补充地下水、形成湖泊、蒸发外，大部分以河流方式回归大海。因人类的干扰，不仅水循环的路径被部分改变，而且天然水体的自净能力也大都被消耗殆尽。建筑物占地以及路面硬化使得城市/城镇区域降雨下渗途径被阻断，不仅减少了地下水的补给来源，而且还导致降雨时内涝现象频发。我们现在固然已认识到城市降雨所引起的生态与内涝双重问题，并期望通过兴建雨水储蓄、下渗空间来予以解决，但庞大储蓄设施所需空间以及建造费用并非轻而易举之事;特别是在城市黑臭水还未能首先解决的情况下，强化雨水下渗无异于是让黑臭水下渗，导致地下水污染的风险增大。从这个意义上说，治水首先需要治污。所以，对水量调节与管理最终还要取决于对水质的控制。在此方面，污水处理出水经高级处理后回灌地下水似乎较雨水储蓄、下渗优势明显，因为它的水量、水质稳定、可控，且不需要庞大的储蓄空间。这方面美国加州桔县水区(OCWD)具有非常成功和丰富的经验，他们因此获得了2014年新加坡李光耀水源大奖。

远古时期，降水在回归海洋前藉水体自净作用基本可以将人类污染后的水质净化而回归;而在目前人类“奢侈”生活状态下，水体自净容量早已消耗殆尽，出现水“穿新衣服”离开海洋，而“着脏衣服”再回归海洋的窘迫现象。久而久之，水的生态环境可想而知。

总之，人类要想可持续延续，必须遵循生态规律、顺应比自己生命更久的自然水循环，在水量上切忌巧取豪夺、肆意改变路径，必须顺其自然而后得;在水质上万不可再靠天助我也自净方式，必须将污染后的水质恢复如初。

2 原生态与现代文明

中华民族五千年灿烂文化中农耕文明占据着至少98%的时间。我们的食物来自于土地，而我们的排泄物再回归土地，这就是我们老祖宗几千年来在实践中形成的所谓农耕文明。正是几千年来我们祖先“面朝黄土背朝天”的劳作方式成就了我们先人缔造的朴素生态主义，也就是被很多人喻之为的“原生态文明”。我们祖先这种原生态文明生活方式使得营养物、能量和水在人与土地之间建立起一种良性人工循环，使地球上不可再生的磷等营养物才没被过度消耗。尽管目前农村较为普遍的旱厕存在卫生和气味等方面诸多问题，但是，粪尿收集作为原生态文明的基本元素是正确的，只是存在生态而不卫生的问题而已。

十八世纪源于欧洲的工业革命使得城市化进程加快，由此带来城市排水卫生问题，导致冲水马桶、下水道这一城市现代文明产物的出现。城市人待在家里就可以坐着如厕，用水后也不必再端盆泼水;冲水马桶不仅卫生、方便，而且舒适、美观，可大大提升人们的生活品质，远离原始蹲茅厕那种捂鼻、抬臀的尴尬姿势。然而，西方城镇化中未曾有人想到，冲水马桶和下水道打断了人与土地间业已建立的营养物循环，使磷等营养元素背离土地，走上一条流向海洋的不归之路。结果，陆地磷资源因化肥消耗越来越少，而水体中磷的含量却不断上升，以至于出现湖泊、近海富营养化现象[7-8]。正因如此，冲水马桶、下水道这一现代排水文明的产物正受到国际学界的普遍质疑;它们的问题主要出现在了生态的可持续性上。

3. 城镇化建设与既有城市排水体制选择

原生态文明下粪尿返田方式“生态而不卫生”，而现代文明中冲水马桶与下水道的使用又“卫生而不生态”。比较两种排水体制，就生态意义而言，原生态文明方式显然值得保留和提倡，这也是西方社会对中国农耕文明赞赏有加的地方，其在卫生方面的瑕疵可以通过以水冲或微水冲的源分离为基础的“生态卫生”[7]方式加以解决。因此，在我国目前大兴土木的城镇化建设进程中原生态理念下的污水源分离方式理应保留并成为首选，这对靠近土地、易于实现粪尿返田的城镇来说实际上是最好的处理与资源利用工艺。我国目前还有近一半的农村人口，这意味着还有一半人口仍具有保留原生态文明下的分散式污水处理之机会。

原生态文明下的分散式处理方式在生态方面的意义固然重大，应当开展和推进该领域的科学研究，尤其是为高密度城镇排泄物减量化与资源化提供技术支撑。但是，对于木已成舟的既有城市来说显然不太适用，基础设施推倒重来要付出巨大的经济代价，况且城市远离土地也使得粪尿返田存在许多实际问题。所以，既有城市不得停留在当前已被锁定的集中式处理的范畴。

4. 生态排水方式

解决原生态文明下生态而不卫生的问题可以通过粪、尿、水源头相应的分离方式加以解决, 靠在卫生洁具或排水系统设计上采用粪尿(黑水)或者尿液(黄水)、粪便(褐水)单独收集、分别输送方式与使之与灰水、雨水实现分离、返田，从而达到既生态又卫生的目的 [9-11]。这种以源头分离为基础的分散式处理方式被称之为“生态卫生(Ecosan)”，为一种生态排水方式，它是德国、瑞典等欧洲国家根据粪尿返田生态原理所设计的分散排水方式。Ecosan在北京奥运森林公园、清华大学环保楼、北京小汤山、河北邯郸南界河店村等处已有应用或示范。源分离下的生态卫生核心内容就是强调营养物、能量与水三种物质在人与土地间实现良性循环。

5. 集中式污水处理发展方向

集中式污水处理的出现源于冲水马桶与下水道的应用，最早是为了解决卫生问题，目前已过渡到水资源保护乃至环境保护，未来则以资源与能源回收为主要目标。污水处理目标虽逐渐升级，但均向下兼容，这是人类走可持续发展道路的发展必然。可持续发展自然也需要可持续污水处理技术，这就有必要对采用已久的传统技术之弊端首先进行剖析，继而去除糟粕、取其精华，发展可持续污水处理技术。

5.1 传统污水处理工艺缺陷

传统污水处理技术，无论是有机物(COD)氧化还是氨氮硝化均需要消耗氧气，而工程中氧气提供则需要通过空压机消耗能量来完成。事实上，污水中的COD是一种潜在的绿色生物质能，每kg COD约含14 MJ的代谢热[7]。从这个意义上说，传统污水处理实际上是“以能消能”。消耗化石燃料产生能量的结果是导致大量CO2排放，甚至还会出现因PM2.5产生而导致的雾霾现象。结果，以能消能固然能使水变清，但却污染了大气，无形中造成水污染演变为大气污染的“污染转嫁”现象。此外，反硝化以及化学除磷需要日常消耗化学物质、产生大量剩余污泥、平面反应器占地过大等也是传统污水处理工艺与生俱来的缺陷。

5.2 可持污水处理理念

可持续污水处理视污水为资源与能源的载体，强调资源与能源回收，且为回收资源与能源而采用的技术所需能源与资源消耗量应最低，并且不产生二次污染或污染转嫁，工艺占地也应较小。

编辑：曲宏斌