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应对人口减少地区的乡村基础设施建设策略——德国乡村污水治理经验

主持人: 吴唯佳,清华大学教授,清华大学建筑与城市研究所副所长,建筑学院城市规划系主任,首都区域空间规划研究北京市重点实验室主任

唐婧娴,清华大学建筑学院城市规划系博士研究生


在我国快速城镇化过程中,大量乡村人口涌入城市,造成乡村地区常住人口的减少。在人口密度较高的城市化地区,基础设施建设一直采取集中式的布局模式。但是对于人口减少的乡村地区,集中布局的基础设施难于应对变化。德国在现代化发展过程中,同样出现了城市型地区和乡村型地区的人口变化,初期因循基础设施集中布局,结果在人口外迁的乡村地区造成基础设施投资的巨大浪费,随后,开始探索分散、灵活的建设模式,取得了一定的成效。德国的做法对我国类似乡村地区的可持续发展具有很好的借鉴作用。本文以德国乡村污水治理为代表,介绍分散式污水设施的布局、市场运作模式、政府管理、行业标准制定等,并选取勃兰登堡作为案例,阐述因地制宜、可持续、尊重生态环境的基础设施建设“弹性应对”的理念和方法。——栏目主持人


1 乡村人口衰退对集中式基础设施建设模式形成挑战

根据1992—2012年全国分省农业户籍人口和乡村常住人口统计数据分析(图1—图3),我国农村户籍人口正在缓慢下降,乡村常住人口迅速减少。这反映了我国城镇化过程中乡村剩余劳动力大量涌入城市地区的实际情况。受户籍等政策影响,多数在外务工的村民保留农村户口、宅基地、耕地,乡村的土地与人口不能协同变动[1],人口密度快速减小。

人口密度对选择地区开发模式,包括基础设施建设模式、道路布局模式、人居聚落建设模式等有重要影响。人口密度的剧烈变化,导致“一个标准”的基础设施建设模式不再适用于所有区域,特别是“人少地多”的空心村、大城市远郊区乡村。如果因循集中化的公共投资方式,势必造成运营维护等方面的浪费。所以,很有必要因地制宜地分析发展状态,寻找差异化的应对策略。

德国城镇化发展过程中,也面临乡村人口流向城市、城市人口涌入乡村的双向动态变化。特别是在东西德统一后,东部地区人口出生率降低,大量人口涌入西部发达地区[2],以至于德国东北部(除柏林及周边)人口几乎都呈现衰退趋势(图 4)。



人口变化对德国乡村地区的基础设施建设构成越来越大的挑战。InfraDem项目①曾对德国北部衰退地区梅克伦堡—西波美拉尼亚(MV)作过情景预测[3],认为到2030年,除北部、西部有少量基础设施需求增加外,大部分镇区的需求将减少20%~30%。

东西德统一时,德国政府并没有预计可能会发生大规模人口流动情况。为了实现东西德“均等化”发展,1990年以后对东德地区的资金投入加大,按照西德标准实施“现代化基础设施”的网络化、标准化工程[4]。这在当时被视为十分成功的政策措施。随着乡村地区人口的外迁减少、经济结构的转型、全球气候变化的要求,对基础设施需求也发生了变化,网络化和标准化的基础设施表现出越来越不灵活的一面。衰减地区基础设施使用人数的减少,新建建筑、基础设施的大量空置,造成维护成本越来越高和公共投资的浪费。

面对这样的情况,德国开始探索“弹性”、“可持续”的基础设施建设模式。在人口减少地区,根据人口分布、需求变动、农业发展、地方自然环境等条件,应用灵活的分散式基础设施建设方式,社会机构、居民和团体自行建设,政府负责监督和引导,专业行业协会制定基本标准,建设部门审核批准施工,保证设施质量。这种模式在中小学校、公共交通服务、市政建设等方面均有应用。基础设施荒置的地区,则鼓励“再自然化”处理[5]。

本文以德国乡村污水治理为例,介绍人口减少的乡村地区的基础设施建设经验,阐述这种“弹性”应对人口变化的理念方法,以期对国内类似地区的可持续发展提供参考。


2 德国乡村型地区特点及污水设施建设模式的演变

德国乡村型地区土地面积广阔,分布着各类开放空间、个体农场和分散居民点,只有少部分地区(约20%以下)是集中建设区域。乡村型地区的村庄分布较为分散,规模小、人口密度低。根据联邦建设与区域规划局(Federal Office for Building and Regional Planning)的规定,乡村型地区的人口密度一般在150人/km2以下。


2.1 传统的集中式污水处理模式

在德国,基础设施的供应水平一直被作为衡量区域发展是否平等的重要标准。早期乡村型地区的供水和污水处理设施主要采用集中式的供给模式,以体现联邦宪法规定的“德国公民应该享受平等的生活条件”原则。在《联邦空间秩序法》(Raumordnungsgesetz)中,这一原则被进一步强化,要求“保障均衡的、大规模同等生活条件的设施建设”,以推行城乡基础设施均衡化布局[6]。集中式的污水处理模式将每家每户都链接到镇区下水道主干管上,再将污水收集到中央污水处理厂进行集中处理(图5)。污水处理系统根据综合规划进行布局,由市政部门统一管理。东西德统一后,在东德地区投入了将近500亿欧元建设网络化、标准化基础设施,以期达到与西德“平等”的水平。在短短六年之间,东德总污水管道长度增加了37%(1998—2004年)[7]。



2.2 应对人口减少的差异化污水设施布局

当集中式污水处理设施的建设逐步取得成功,德国东北部的人口却显著流失。一方面,城乡之间人口流动明显增多,人口老龄化增加;另一方面,东北部人口向西北部迁移日益显著。从水的使用角度讲,人口流失地的用水量减少,污水处理量也随之减少。集中建设的污水收集管道网络,难以一一满足每家每户的需求变动。气候变化引起部分地区水资源减少,节水压力大。大规模集中污水处理设施建设投入大,易于引起化学污染。这种情况下,亟需转向以需求定供给、可持续的设施建设方式。

人口变化对基础设施供给的影响成为德国及周边国家的热议话题。2000年,在德国政府与相关行业协会组织的全国水处理设施竞赛之后[9],德国开始反思实际应用中污水处理设施的运营模式[7],认为在原有集中式基础上,需要增加分散式污水处理的选项。有研究结果显示[8],对人口密度低的地区来说,分散式污水处理模式能够降低污水处理设施建设维护成本,还可以避免集中污水处理厂集中处理产生的大量化学沉淀物和废物,减少对生态环境产生危害(如水体富养化、引发水生物死亡、干扰自然水循环过程等)。


3 分散式污水处理系统

3.1 分散式污水处理系统概述

分散式污水处理系统通过每家每户(宅基地)建设小型污水处理设备(房屋旁边),或者多户成组建设,实现小范围内收集和循环用水(图6)。这种布局能够就近进行污水收集、处理和再利用处置[10],减少集中化处理所需要的管线埋设成本。通过污水产生地就近建立的完整水体循环体系,可以降低资源消耗,灵活应对污水量变化,便于维修更换(图 7)。

分散式污水处理设施的建设和运行适应人口稀少地区的发展需要。首先,它的投资花费比较少,不需要支付集中建设污水处理厂和大型污水干管的费用;其次,分散式设施易建设,易操控,维护成本低,运行简单稳定。其建设施工不使用过多设备,当地村民可以自建自修,还有升级换代的灵活性;第三,它还有利于生态环境的保护。分散式污水处理设施能够抵御一般的自然灾害,且利于淤泥的处理和排出,减少对低承载力河流的排污压力。



3.2 分散式污水处理系统的生态技术

德国乡村地区的分散式污水处理模式主要有三种:分散式市政基础设施,PKA湿地污水处理系统和多样性污水分类处理系统。

偏远乡村地区一般不接入市政排水管网,而是采取膜生物反应器,把雨水和污水分开收集,再经过反应器净化。过程中可获得氮气,增强土壤肥力。

PKA湿地由介质层和湿地植物形成新的“生态系统”,这种方法将农村污水通过管道汇入沉淀池,经过筛选后,再经过PKA湿地净化处理,然后达标排放或用于农田灌溉。该系统材料源于自然环境,不会产生二次污染,且湿地可作为景观绿地,具有美学价值。

新的污水处理技术利用集中式管道分流和分散式就地循环的优点,进一步加强污水的源头分流和就地循环利用。家庭生活污水中的灰水可按照来源和质量由管道分流(重力管道),流入植物净水设施进行净化;额外的雨水导入蓄水池,使雨水自然蒸发或通过沟渠汇入地表水,下渗或者直接进入自然水体进行循环;对粪便等黑水,可进行真空收集,与厨房产生的生物垃圾一体化处理,净化后产生可作能源的沼气和农业所需的化肥。

分散式污水处理采用的技术主要包括生态技术、活性污泥技术、生物膜技术、人工膜技术、厌氧技术等(图 8)。净化按照黑水、灰水、雨水分开管理,以全周期技术提升来减少水资源的消耗量[13]。在满足低密度居民使用需求的基础上,通过多次循环用水的实践体现了“可持续发展”理念。



3.3 分散设施市场化的监督及组织

分散式污水处理模式的有效运作在于规范大量的小型污水处理设施有序运营(图 9)。



在德国,分散式污水设施的建设,由政府统一规划管理的基础设施转向了市场配置。居民向小型污水设施建设公司购买服务,成本不再由政府提供。

污水处理设施的市场化和私有化,将污水处理建设的决策过程扩大到更为广泛的利益主体,包括居民、工厂和设施供给方、地方政府、水务管理部门、法规和工程标准监督部门、环境保护部门、健康检测部门、融资方等。对此,德国政府建立了与水资源利用和污水处理相配套的监督和组织机制。为发挥市场化积极性,要求各种监控模式在保障设施安全运行的前提下,尽量减少干预。针对小型污水处理设施的监督管理有以下几种运作模式[7] (表1)。



(1)自我监控模式:业主对自己所有的污水处理设施拥有监督权,并上报相关报告数据。如果报告没有满足预期要求,相关部门将予以干预。此外,地方政府可以随时对自我监控模式下的污水处理设施和水质进行抽样检查。

(2)专家主导模式:由第三方的独立专家进行监督。业主可以从专家名单或每一个地区中选择适当的专家对污水处理设施的维护进行监督。这种方式主要适用于对公司的监督。

(3)政府主导模式:市政当局直接对小型污水处理设施进行检查。当污水处理设施或处理厂出现问题时,市政当局将予以干预。


3.4 行业标准及标杆设置

在推广过程中,为克服市场供给质量参差不齐的短板,保障污水处理后的水质,保护水体,控制污水处理成本,德国设定了相应的水质行业标准,以立法手段和其他政策手段,对供水和污水处理设施建设的管理建设行为加以约束,以便与现行公共投资建设的集中式污水处理系统实现更好的配合。通过市场化竞争,也快速推动了分流式和分散式的小型污水设施技术的进步和革新。

工业协会和专业协会在供水和污水处理的自我管控中发挥了重要作用。2007年初,德国设有与水资源管理和污水处理的协会共六个,包括水电工业协会(BDEW: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft)、城镇设施协会(VKU: Verband kommunaler Unternehmen)两个工业协会;供水—污水处理专业协会(DWA: Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall)、水—天然气专业协会(DVGW: Deutscher Verein des Gas-und Wasserfaches)、饮用水—水坝工作组(ATT: Arbeitsgemeinschaft Trinkwassertalsperren)及土地—水联合协会(DBVW: Deutscher Bund der verbandlichen Wasserwirtschaft)四个专业协会。工业协会主要通过媒体舆论以及个人游说来影响行政机构和立法机构的相关政策决定。专业协会DWA和DVGW在技术标准、水质标准、行业手册的制定方面发挥重要作用(表 2),各个水处理公司的效率情况可以根据标准进行衡量,以便评估是否达到要求。



另外,BDEW还从事树立行业“标杆”的工作 (Benchmarking)。早在1998年,联邦教育和研究部、莱茵—威斯特法伦经济研究组织(RWI: Rheinisch-Westfälisches Institut für Wirtschaftsforschung)就组织了14个供水设施机构,共同开展减少水处理费用的行业竞赛和研究。在他们研究成果基础上,BDEW发布了评估行业优劣的一套标准,并树立标杆。在随后两到三年里,这些标准帮助这14个供水设施机构减少了将近5%的成本[14]。BDEW认为,树立“标杆”可以提高企业的效益,使更多公司吸取最为成功的运营经验(图10)。该制度选择安全性、经济效益、水供给质量、客户服务水平、可持续性五个标准,建立了标杆企业的评价体系。“标杆”制度是非正式的,私有公司根据自愿原则参与。参与标杆项目的公司,目前已有四分之三收到一定的成效,在运行的安全性(16%)、质量(22%)、可持续性(19%)、经济效益(33%)、客户服务水平(19%)上均有大幅提高②。



3.5 建设申请和许可管理

在建设方面,乡村地区分散式污水处理设施建设必须接受严格监管。德国州政府的建筑技术协会(DIBt: Deutsches Institut für Bautechnik)为市政设施的主管单位。为与一般地区差异很大的基础设施建设提供特殊管理服务,要求所有污水处理设施必须符合联邦建设法的建设规定,并通过DIBt建筑审核和许可程序(图11,图12)。

业主在向污水设施公司购买服务后,设施建设公司再向DIBt提交申请,申请表内容包括:申请主体信息、建设的内容、类别、用途、预计施工时间、建设图纸,申请有效期一般为五年,可以根据内容适度调整。之后,DIBt对设施的选址进行审批、登记、公示,颁布许可编号和许可证明③(abZ: allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen),至此方可开始建设。



3.6 税费安排

德国实行中央和地方的分权制,德国联邦没有专门的水资源管理机构,水资源管理和污水处理的具体管理职能由地方政府承担,供水和污水处理的资费标准也由州级政府确定。一般情况下,州级政府的经济部对提交的收费标准进行审核,审核后予以裁决;对于公私共有的供水和污水处理设施,有关收费额度需经征求专业意见审核后,多方达成共识方可实施。

根据《镇区税收法》(Kommunala-bgabengesetze)和《州运营法》(Betriebs-gesetze der Länder),污水处理税费标准的制定准则是:污水处理的所有收入和支出,包括资本置换和股权红利,都必须纳入税费,加以征收。各州的法律对投资和操作效率的水平无估测和批准步骤。

按照《污水处理税收法》(AbwAG: Abwasserabgabengesetz Gesetz über Abgaben für das Einleiten von Abwasser in Gewässer④)的规定,污水处理和排放的收费标准视污染程度而定⑤。《污水排入水域要求条例》(AbwV⑥),还规定了准许排放主体,如食品行业、化学工业、纺织工业等产业类型的企业。排放主体需经申请,经水利部门审核通过后,方可获得污水排放许可,并需在日常运作过程中使废水排放量和危害程度保持在规定的范畴内,符合标准排放。污水排放主体要缴纳一定的税费。税费大概占总水务卫生税费的3%,主要用于后续的污水处理。2004年德国水务税费平均约€1.81/m³,污水处理税费约€2.14/m³。

近年来,德国政府逐步建立了水资源利用和污水处理领域税费及价格调节机制,配套管理制度日渐完善。伴随着供水和污水处理公私合营方式持续向前推进,小型的私有化基础设施的供给方式逐渐推广,不仅改善了乡村地区的居住环境,减少了公共部门建设和排查的公共支出费用,也给小微企业的发展创造了新的机遇,实现了基础设施建设和服务的多主体和市场化。


4 案例:勃兰登堡的分散污水处理设施发展

4.1 勃兰登堡的人口和设施概况

勃兰登堡州位于德国东北部,围绕首都柏林。1990年以来,勃兰登堡地区投资93亿欧元将住宅连接到公共污水处理系统中[15],不少住户被迫强制使用集中水处理设施。至2007年,勃兰登堡地区使用集中污水处理设施的用户从53%提升到85%。

但是,因为特殊的区位条件,东西德统一后首都迁往柏林,勃兰登堡州的人口出现了多样变化。根据2010年柏林—勃兰登堡统计局数据进行测算,临近柏林、被划入大柏林区域内的镇、自治市,人口密度基本在500人/km2以上,且呈增长趋势;外围圈层迅速进入人口衰减区。衰减区人口密度低于100人/km2的行政镇区比重占84%左右(图13—图15)。人口的减少导致每个人负担的污水处理设施费用的提升,引起了勃兰登堡地区居民的局部抗议。



4.2 小型污水设施的应用情况

对此,勃兰登堡尝试在区域层面和州层面寻找新的办法,但是鉴于资金、技术和法规的限制,无法取得实质进展,仅仅在学术层面进行了相关的技术、经济等讨论。基础设施建设市场化介入后,小型污水处理设施慢慢渗透到人口密度较低的地区,在实践层面开始了转变。从总量上看,1996—2011年期间,使用分散式污水处理设施的居民比重在减小(因为人口衰退速度快)(图16),2011年约为12.9%(图17),但在人口密度低的区域比重呈现增加趋势,如普灵格尼茨(Prignitz,人口密度38人/km2)有20%的居民使用小型污水处理设施。小型污水处理设施的建设得到地方政府的重视,其建设在统计报告、政府政策上都有反映。

2010年9月,为了规范分散式小型污水处理设施的建设,勃兰登堡政府发布了小型污水处理设施的建设手册《小型废水处理设施规划和永久经营解决方案建设指南》(Wegweiser für den Einsatz von Kleinkläranlagen und Sammelgruben - Dezentrale Lösungen von der Planung bis zum dauerhaften Betrieb)。内容包括了设计线路、设施技术优劣、操作方法、规划许可、适配家庭规模等方面的技术介绍,以及预期成本、投资成本、运行费用等内容。



5 结论和启示

德国污水处理体系在集中式的基础上,补充了分散式、分流式的供给方式。近年来,随着小型污水处理设施工艺的不断改进,维护成本逐步降低,分散式污水处理模式越来越易于在乡村地区推广。德国经验表明,在城乡规划建设中,需要考虑人口、环境变化的基础因素,避免规划早期出现对人口环境变化、需求预测过于乐观的误判。大规模集中式污水处理设施建设固然有规模效益优势,但是仅适合于人口密集区;对于人口减少的乡村地区,过大规模的早期投入,可能会造成之后的基础设施维护与服务人口的不协调,造成税费,特别是人均污水处理费用上涨,进而陷于基础设施运营低下的困境。

我国需要认真吸取德国人口外迁、减少地区的教训,慎重建设乡村地区的大规模集中污水处理设施。人口密集地区的集中式基础设施,要警惕人口动态变化可能产生的基础设施空置的影响。人口密度较低地区的分散式基础设施,要适应人口稀少的特点,鼓励居民、村庄参与到建设中来,规范行业标准、费用、建设管理,适应乡村生态环境条件,节约建设和运营成本。


注释

① 针对于设施和人口变动的研究项目,Infrastruktur und Demografische Entwichlung的简称。

② BDEW 特别调查: Benchmarking statistics 2010。

③ https://www.dibt.de/en/zv/NAT_n/zv_referat_II3/SVA_55.htm

④ Fassung vom 18. Januar 2005 (BGBl. I Nr. 5 vom 25.1.2005 S. 114;::31.07.2009 S. 2585 09a) Gl-Nr.: 753-9

⑤ 根据污水处理税收法规定,污水排放主体需缴纳污水费用,并由州政府负责征收。收费标准要在对雨水、生活污水和相关污水计算污水处理均价基础上,根据“毒性单元”强弱来确定。州政府可以制定具体标准以决定何种情况下全部或部分征收污水费。如果小型污水处理厂的建设是按照规定的标准建立,并实施了适当的污泥处理,可予以免征污水费。

⑥ Abwasserverordnung Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer vom 17. Juni 2004 (BGBl. I Nr. 28 vom 22.6.2004 S. 1108; ber.2004 S. 2625; 19.10.2007 S. 2461 07;:: 31.07.2009 S. 2585 09) Gl.-Nr.:753-1-5


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