我国城市粪便处置技术进展及相关数据统计特征.docx

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我国城市粪便处置技术进展及相关数据统计特征

我国城市粪便处置技术进展及相关数据统计特征

摘要：

按照建设部《城市建设统计年报》（1986-2005）及有关文献，通过数据处置、相关回归分析、方差分析和直观图表，研究了我国粪便清运量和机械化清运率、粪便处置设施和能力等的时刻转变、有关因素的相关性及在不同规模和不同地域的不同性，并对城市粪便处置系统的进展作了预测。

关键词：

城市；粪便清运量；粪便处理；相关回归分析

1我国城市粪便处理技术发展

随着我国城市建设和经济的发展，城市粪便处理系统从极低技术水平起步，至今已形成一定规模的粪便清运和处理设施服务能力和初步的技术层次结构。

特别是20世纪50年代公厕卫生改造，60～70年代粪便清运机械化的逐步发展，80年代水冲式厕所普及率迅速提高，公厕数量大幅度增加，以及90年代粪便处理设施逐步建设等，不同程度缓解了当时急需解决的粪便问题，为粪便收集、运输和处理系统的稳步发展奠定了设施服务能力基础和技术基础。

我国城市粪便处理系统的发展大致经历了四个阶段。

第一阶段是50年代，主要是公厕卫生改造及粪便收集设施建设阶段。

随着全国逐步开展爱国卫生运动，建设了一批简易公共卫生厕所，设立了倒粪站或者派人定时收集城市粪便；全国基本上处于人工淘粪、背粪桶、人力车或兽力车收运粪便的低下水平，部分城市环卫主管部门为了减轻工人的劳动强度，改善环卫作业的条件，对一些工具进行改进，比如用橡胶轮装置在手推人力车，替代铁箍木轮，并试制脚踏三轮垃圾车、粪车；城市粪便处理与管理工作的起步，主要是整治了粪肥市场，收集起来的粪便运送到农村，按照计划分配出售给农民作为农业肥料使用。

第二次阶段是60～70年代，主要是加大粪便清运基础设施的建设和粪便清运逐步机械化的阶段。

60年代初期城市开始修建公厕、粪便中转站（码头）、停车场等基本设施，部分地区成立了环卫汽车队，配备一些车辆，粪便机械化收运开始在全国范围内逐步展开，至1979年全国吸粪车拥有量已接近千辆，约占当时环卫专用车辆的五分之一。

青岛市建造3座采用高温沼气发酵工艺的粪便无害化处理厂，其工艺技术获国家科技进步奖。

第三阶段是80年代以后，主要是水冲式厕所普及率迅速提高及粪便无害化处理阶段。

这一阶段，水冲式厕所普及率迅速提高，改变我国传统使用的旱厕。

城市居民家庭卫生设施和公厕数量大幅度增加，农村粪肥的使用逐渐减少，迫使许多城市面临粪便出路问题。

因此大规模的粪便处理设施开始逐步建设。

除了将粪便作为肥进行应用外，视粪便为废物处理后排放的净化处理技术，也因此得到引进、吸收或开发。

如：

80年代初辽宁本溪市引进西德工艺兴建了粪便厌氧消化处理厂（100t/d），80年代末期广州市引进丹麦工艺和主要设备改建了粪便处理厂（400t/d），90年代初上海市自行设计建造了粪便污水处理厂（4000t/d），1997年北京市引进德国设备建成粪便处理厂（400t/d），佛山市引进德国脱水设备的粪便处理厂（200t/d）等。

第四阶段是本世纪最近10年间，随着城市污水管网的普及，将粪便经污水管网输送到城市污水处理厂进行集中处理的方式在国内得到逐步发展。

自上世纪90年代中期以来，越来越多的城市采用粪便经预处理后，与城市污水处理厂或垃圾卫生填埋场合并处理的方式，即处理后的上清液进入污水处理系统，粪渣进入污泥处置系统或与垃圾一起填埋。

国内采用此方式建成的粪便处理站有20余座。

目前，少数发展较快的沿海城市模仿欧美粪便与污水合并处理模式，且已接近美国20世纪80年代初水平；极少数大城市正沿着日本粪便处理厂的模式在发展，即建立粪便单独收集处理系统，但发展、水平还处于较低的水平。

绝大部分城市与其它发展中国家粪便处理系统的多样化模式类似，但在技术水平上低于部分发展中国家。

西方工业国家历经160多年逐步发展，才形成了公厕污水、粪便合并处理系统框架。

我国城市排水系统的发展在相当长一段时期内对粪便处理的支撑是有限的，近10多年来城市粪便总收运量一直呈现持续增长的态势，人均粪便收运量稳中有升，并未因下水道普及率的提高而降低。

虽然城市粪便处理量的增长速度已经超过了粪便清运量的增长速度，但是处理能力却没有达到相应的增长速度。

调查研究表明，我国目前粪便处理设施数量严重不足，总体技术水平仍然比较低。

因此，大规模粪便收运处理系统将在我国长期存在。

如何妥善处置收运起来的大量粪便，政府应予以高度重视并应在战略上做出可持续发展的选择。

2城市粪便清运发展的统计特征

城市粪便清运总量变化

随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，近20年来，城市粪便清运量总体上呈不断增长趋势（见图1），尤其是近五年，增长速度急剧加快，呈直线上升。

快速增长的粪便清运量与处理设施能力发展滞后的矛盾日夜突显出来，另外粪便农用市场衰退等因素导致粪便利用最终处置陷入困境。

粪便清运量在不同规模城市间的差异 

图1城市粪便清运量年转变情形（1987－2005） 

图2为2000－2005年人均粪便清运量（千克/人•年）在不同规模城市间的差异。

图2粪便清运量在不同规模城市上的不同（2000～2005年）

从数量上来看，2000～2005年不同规模城市的人均粪便清运量有显著不同，从高到低依次为：

小城市＞中等城市＞超大城市＞大城市＞特大城市，其平均值依次是：

、、、、千克/人•年。

小城市的人均粪便清运量之所以最高可能与其每万人拥有的排水管道长度最长和粪便农用市场相对较广有关。

在各年的五类城市的比较中，皆存在较大差距，且这种差距也不很稳固。

从时间趋势上看，超大城市自2000年后呈逐年下降趋势；特大城市和中等城市呈现出先上升后下降的趋势，且均在2003年达到最高点，其最高点分别为和千克/人•年，然后在2004年显著下降；大城市相对稳定，波动范围在100～120千克/人•年之间；小城市2003年以前相对稳定，波动范围在170～180千克/人•年之间，2005年呈大幅度上升，达千克/人•年。

粪便清运量在不同经济地理区域城市间的差异

图3显示2000～2005年人均粪便清运量（千克/人•年）在不同经济地理区域城市间的差异。

其中，东部地区的人均清运量高于中、西部；东部和中部地区2005年以前基本处于稳定，但东部地区2005年有下降趋势，中部地区则显著上升；中部地区在与东部地区缩小差距的同时，东、中部地区与西部地区的差距却在明显拉大。

图3粪便清运量在不同经济地理区域城市间的不同（2000～2005年）

表1不同类型城市每万人环卫车辆数（台）的平均值（2005） 

专用车辆在不同类型城市间的不同

由表1可以看出，专用车辆在不同类型城市之间的差异较大，经济较发达的超大城市和东部地区远远高于其它地区，机械化程度较高。

这些数据间接表明了不同规模和不同区域城市的粪便清运的机械化程度和差异。

粪便年清运量变化与人口的相关性

从图4和图5可以看出，2001～2005年全国粪便年清运量大体上呈持续增长趋势，城市人口除2003～2005年略有增长以外其它年份均呈明显下降趋势，二者表现出负相关性。

2001～2005年全国粪便年清运量与非农业人口同步增长。

粪便清运量A（万吨）与非农业人口E（万人）呈显著正相关，回归关系为：

A＝－（N＝5，R2＝

（1）

由回归参数，每增加10000非农业人口，相应增加万吨粪便清运量。

1996年每增加10000城市人口（城市非农业人口），相应增加万吨粪便清运量。

这个数字在9年内上升了％，可能是由于城市粪便的传统出路近年来因种种原因受阻，才导致了每万人粪便清运量的提高，这说明为粪便处理寻找新的出路不能轻视。

如果粪便清运量按目前这种走势的话，环卫部门和有关部门在未来数年内将面临粪便清运的挑战。

图4粪便年清运量转变及同期城市人口转变（2001～2005年） 

图5粪便年清运量转变及同期非农业人口转变（2001～2005年）

经分析图6，全国城市人均粪便年清运量逐年显著上升，到2005年增幅加大。

2000～2005年间的平均值为千克/人•年。

图6全国城市人均粪使清运量（2000～2005） 

图7全国粪便年清运量与排水管长度的增加图（2001～2005）

粪便年清运量变化与城市排水管道长度的相关性

据统计每万人（非农业人口）拥有的排水管道长度在2001～2005年内分别是：

、、、、米/万人，5年内增长了%；近5年来，我国粪便清运量增加了%，排水管道长度增长率高于粪便清运量的增长率。

从图7可发现在被统计的年份里，粪便清运量不断上升，排水管道的长度则以%的平均速度持续增长，且增长速度大于粪便清运量的增长速度。

从图中我们并未看到粪便清运量随排水管道长度的增加而减少，甚至相反，它们显示出很好的正相关性，经回归分析相关系数r＝。

其原因可能在于：

①在被统计的5年里，粪便清运量部份程度上源于主要产生源（非农业人口）的增加；②排水管道长度增加的同时，水冲式茅厕的比率也取得相对提高，因此，清运的粪便浓度变稀了。

由于尚未看到粪便清运量随排水管道长度增加而降低的趋势，因此很难预测当排水管道长度或者普及率达到何种程度时，粪便清运量才会明显下降。

图8粪便清运量与专用车辆的同步增加图（2001～2005）

粪便清运量与专用车辆的相关性

因缺乏连续的、全国的粪便专用车的统计数据，故用环卫专用车辆来推测其与机械化清运量的关系。

从图8可以看出，粪便清运量和专用车辆数都在同步持续增长，二者呈正相关性，相关系数为r＝，这说明随着专用车辆的增加，清运量也在增多。

统计评价

（1）2001－2005年全国粪便年清运量处于上升趋势；人均粪便清运量波动也不是很大；相关分析表明，粪便清运量与城市人口负相关，而与非农业人口、城市排水管道长和专用车辆都呈正相关。

在未来若干年内粪便清运量仍会继续上升，环卫部门将面临大量粪便清运问题。

（2）尽管排水管道长度增长的速度大于粪便清运量的增长速度，但粪便清运的机械化程度仍然很低，且专门用于粪便清运的设施严重不足，有待进一步提高。

（3）粪便人均清运量在不同规模城市和不同地理经济区域城市间存在显著差异，与当地的经济技术水平和环卫资金投入有关，也与排水管道长度和专用车辆数等环卫因素有关。

（4）粪便清运机械化在不同类型城市中存在差异，城市发展程度较高的地区机械化的程度也相对较高，且经济较发达与欠发达地区的差异明显，这一差异表明与城市的社会经济发展水平有关。

3城市粪便处理的统计特征

城市粪便无害化处理量及处理率变化

2001－2005年期间，我国城市粪便无害化处理量及无害化处理率总体保持增长趋势，其中粪便无害化处理量增加了%，处理率也增长了%。

粪便无害化处理率的增长趋势与粪便无害化处理量的增长趋势较为相似，到2005年底我国城市粪便清运量达到万吨，无害化处理率为％。

图9我国城市粪便无害化量及同期处置率增加趋势（2001－2005）

从图9中可以看出，从2001－2003年，粪便无害化处理量呈直线上升，2005年粪便无害化处理量增势趋缓。

对粪便无害化处理量（万吨）A及年份B进行相关分析，得到如下回归方程：

A＝－417570（N＝5，R2＝

（2）

这充分说明，我国城市粪便处理取得较大的技术进步，在城市粪便清运量不断增长的情况下，粪便无害化处理量仍有较大的提高。

无害化处理量与清运量

2001－2005年我国城市粪便无害化处理量和同期粪便清运量的增长趋势如图10所示。

增长趋势显示，城市粪便无害化处理量和粪便清运量随时间增长的趋势极其相似，具有明显的相关性。

对粪便无害化处理量（万吨）A和粪便清运量（万吨）B进行相关性分析。

得到如下方程：

A＝－（N－5，R2＝（3）

根据上式分析，粪便清运量每增加100万吨，粪便无害化处理量相应增加万吨。

图10全国城市粪便无害化处置及同期粪便清运量增加趋势（2001－2005）

近5年来，我国城市粪便清运量增加了%，而粪便无害化处理量增加了%，远大于粪便清运量的增加速度，这说明从上世纪90年代中期开始，经过10多年的发展，我国在城市粪便处理上取得了较大的成就，目前我国城市粪便无害化处理量的增长速度已经超过了粪便清运量的增长速度。

按此趋势发展，根据

（1）式和

（2）式预测，到2018年左右我国的粪便无害化处理量和清运量相等，即无害化处理率达到100%，到那时我国的城市粪便无害化处理问题有望得到彻底解决。

无害化处理量与处理率在不同区域城市间的差异

图11和图12分别显示了粪便无害化处理量（万吨）和处理率（％）在东、中、西部城市间的差异。

2001－2005年，全国的粪便无害化处理量和处理率总体保持增长趋势，并且与时间具有较明显的相关性。

但粪便无害化处理量和处理率在不同经济地理区域城市间存在着明显差异。

图11东、中、西部城市在粪便无害化处置量（万吨）上的不同

3.3.1无害化处置量

2001－2005年的粪便无害化处理量按平均值从高到低排列，依次为东部城市＞中部城市＞西部城市，其平均值分别为，，万吨。

据分析，东部城市粪便无害化处理量最高，与其粪便清运量及粪便处理模式有关。

东部地区所包括的城市及人口数量较大，因而粪便清运量较大。

此外，东部地区较早地将粪便作为废物，倾向于设置单独的粪便处理设施，粪便处理设施比较完善，而中、西部城市城市规模小，粪便清运量少，粪便处理设施相对落后。

从时间趋势上看，东部城市除2004年稍有回落外，总体上保持增长趋势；中部城市基本上也保持增长趋势，尤其在2004年显著增长；西部城市表现出较明显的波动，范围在100－200万吨之间。

无害化处理率 

图12东、中、西部城市在粪便无害化处置率（％）上的不同

2001～2005年期间东、中和西部城市的粪便无害化处置率平均值别离为%，％，％。

产生这种不同的主要原因是各类城市间粪便处置的模式及处置系统的技术水平不同。

从时刻趋势上看，东部城市和中部城市的转变趋势相似，即整体维持逐年上升趋势；西部城市的处置率在前两年比较稳固，在52%～56%之间，而2003年突然下降，2004年比2003年略有提高。

无害化处理量与处理率在不同规模城市间的差异

3.4.1无害化处置量

图13显示了不同规模城市在粪便无害化处理量（万吨）上的差异。

2001～2005年的粪便无害化处理量按平均值从高到低排列，依次为超大城市＞小城市＞中等城市＞大城市＞特大城市，其平均值分别为：

，，，，万吨。

图13不同规模城市在粪便无害化处置量（万吨）上的不同

从时间趋势上看，超大城市呈抛物线趋势，2004年达到最高值；特大城市2001～2003年期间的粪便无害化处理量稳定在230～290万吨之间，2004年下降至最低值万吨；大城市与特大城市的变化趋势相似，每年的处理量在数值上也相差不大；中等城市呈逐年增加的趋势，且增加幅度较大，但在2004年也有显著降低；小城市2001年至2003年较为稳定，且在450～470万吨之间波动，2004年增至万吨。

无害化处理率 

图14不同规模城市在粪便无害化处置率上的不同

图14显示了不同规模城市在粪便无害化处理率上的差异。

超大城市、特大城市、大城市、中等城市、小城市在2001，2005年间的处理率平均值分别为：

%，%，％，%，％。

这与不同规模城市在粪便处理上的资金投入及粪便处理的系统模式不同有关。

从时间趋势上看，超大城市的处理率基本持平；特大城市的处理率在2003年有个细微的上升后又下降；大城市的处理率一直都在60％的附近上下浮动；中等城市的处理率在2003年上升到最高；小城市的处理率在这5年内基本呈现一个上升趋势。

处理设施及处理能力在不同类型城市间的差异

关于各种粪便处理设施数量、处理能力和年处理量，现缺乏全国的、连续性的数据，《城市建设统计年报》从2001年开始在粪便处理一项中仅对粪便清运量和无害化处理量进行了统计，根据现有数据难以得出各种粪便处理设施及其处理能力的动态变化情况。

通过对2000年的数据进行静态分析可知，由2000年统计的663座城市中，集中清运的粪便无害化处理率为零的城市至少占%，由于距现在的时间较远，得出的结论且具有一定的局限性。

表2粪便处理设施和处理能力及其在不同类型城市间的差异 

处置设施及处置能力地域不同分析

（1）从全国来看，粪便无害化处理厂的处理能力和其他粪便处理设施的处理能力相当，占粪便处理量的比例也差不多（不超过4个百分点）；但不同类型城市间这两类处理设施的处理能力及其占粪便处理量的比例存在较大的差异。

（2）粪便无害化处理厂的处理能力在不同类型城市间按从大到小排列，依次为：

小城市＞中等城市＞超大城市＞大城市＞特大城市，东部城市＞中部城市＞西部城市；其他粪便处理设施的处理能力排列次序为：

超大城市＞中等城市＞小城市＞特大城市＞大城市，中部城市＞西部城市＞中部城市。

（3）粪便无害化处理厂的处理规模在不同规模城市间表现出较明显的差异性，按处理能力从大到小的顺序排列，依次为：

超大城市＞特大城市＞大城市＞中等城市＞小城市，单位处理能力分别为：

，，，，d•座。

（4）不同经济地理区域城市间，东部城市粪便无害化处置厂和其他粪便处置设施处置能力占粪便处置量的比例相差不大（二者占粪便处置量的比例相差不超过7个百分点），其他粪便处置设施所占的比例稍大一点；中、西部城市两类处置设施的处置能力相差较大（二者占粪便处置量的比例相差27个百分点以上），其中中部城市的粪便处置以粪便处置广处置为主，西部城市则以其他粪便处置设施为主。

（5）不同规模城市之间，超大城市、大城市和小城市两类处理设施处理能力相差较大（两者占粪便处理量的比例相差29个百分点以上），其中超大城市以其他粪便处理设施处理为主，大城市和小城市以粪便处理厂处理为主；特大城市和中等城市两类处理设施的处理能力相差不大（两者占粪便处理量的比例相差不超过9个百分点）。

4城市粪便处理技术发展总体评价

（1）近年来，我国在城市粪便无害化处理方面取得了长足的进步。

据《城市建设统计年报》（2005），2005年我国城市粪便无害化处理量达到了万吨，无害化处理率由1994年的16%上升到%。

但是处理能力还是远远不能满足现代城市的环境卫生要求，有望实现在2010年处理率达到80%的目标。

（2）我国城市粪便处理技术水平已取得较大的进步，但在今后很长的一段时间内，粪便处理形势仍然很严峻。

以2以科年为例，2004年集中清运的万吨粪便中，有万吨未进行无害化处理，在未经清运的粪便中也有不少是直接排放的，将对环境造成较大的污染。

需要加强粪便处理技术的研究工作。

（3）由于资金不足，影响了我国城市粪便处理设施的建设进度，：

需要以后相应地增加粪便处理资金的投入，加强城市粪使处理设施的建设和改造。

（4）就全国而言，粪便无害化处理量和处理率呈逐年上升的趋势，粪便无害化处理量和清运量呈明显的正相关（r＝，且处理量的增长速度已超过清运量的增长速度。

但是地域之间存在很大的差异，不同类型城市间，粪便无害化处理量和处理率都存在较大的差距。

对于城市粪便处理薄弱的地区需要加快进程。

（5）我国目前的粪便处理模式仍然是欧美模式、日本模式及发展中国家的混合模式，不同类型城市间粪便处理设施的数量及处理能力均存在较大的差异。

其中粪便无害化处理厂处理能力小城市最高，特大城市最低，其他规模城市相差不大；东部城市远大于中、西部城市（日处理量相差6000吨以上），如何找到适合我国国情的粪便处理模式是非常关键的。

（6）立足于粪便处理与垃圾卫生填埋场或污水处理厂合建的特点，近几年在一些城市粪便预处理技术快速发展起来。

（7）在未来的一段时间内，我国城市粪便无害化处理主要还是依靠城市污水处理系统。

城市污水处理厂如有能力接纳BOD、COD较高的粪水，可采用直接进入污水处理厂进行处理的工艺方案，前提条件是污水厂与粪便接收站相距很近，以及城市管网普及率较高。

如城市污水处理厂的处理负荷已接近设计能力，或污水厂与粪便处理站相距很远，城市管网普及率不高，应采用有预处理的工艺方案，以保证污水处理厂的工艺稳定，又保证管网不产生淤积、堵塞。

当城市污水处理厂处理负荷已经较重或粪便站无法和污水厂接轨，应该采用独立的粪便处理系统方案。

（参考文献略）（来源：

华中科技大学）