中國水網(wǎng)編者按：中國污水處理事業(yè)已經(jīng)到了一個新的轉(zhuǎn)捩點，亟需繼往開來，注入新活力。曲久輝、王凱軍、王洪臣、余剛、柯兵、俞漢青6位業(yè)內(nèi)知名專家，從能源節(jié)約、環(huán)境友好等視角提出：“用5年左右時間，建設一座（批）面向2030年、具備一定規(guī)模的城市污水處理廠。它應該是綠色的，是低碳的，能夠真正體現(xiàn)出可持續(xù)發(fā)展這一普世理念。”這一具有顛覆性的理論課題的提出，無疑是振奮人心的、啟發(fā)思考的，并最終將成為凝聚行業(yè)共識的、推動中國污水處理變革的一股重要力量。
經(jīng)過30多年特別是近10多年來的高速發(fā)展，中國城市污水處理取得了巨大成就。總結過去，輝煌毋庸置疑，但中國污水處理事業(yè)是沿著西方走過、目前正在深刻反思的軌跡一路走來?，F(xiàn)有技術路線的核心問題是可持續(xù)發(fā)展理念的缺失，導致污水處理迅速成為一個高能耗、高物耗行業(yè)，并在很大程度上阻斷了能源與資源的循環(huán)利用，與人類社會可持續(xù)發(fā)展的大方向不一致。
從世界范圍看，污水處理行業(yè)正處于重大變革的前夜，城市污水處理廠的功能將由單純污染物削減，轉(zhuǎn)變?yōu)榧廴究刂啤⒛茉瓷a(chǎn)和資源現(xiàn)有污水處理政策、技術、標準、規(guī)范以及行業(yè)標桿都將面臨新考驗，中國污水處理事業(yè)將面臨新挑戰(zhàn)。
當量的積累腳步放緩，尋求質(zhì)變的努力開始了。中國污水處理事業(yè)急需在立足國情和自身需要的基礎上，進行一次面向未來的系統(tǒng)探索，以期尋找到再出發(fā)的方向。為此，我們提出“建設面向未來的中國污水處理概念廠”這一命題，期望以此融通各方智慧和共識、啟迪業(yè)界創(chuàng)新和創(chuàng)造，引領中國污水處理事業(yè)的升級發(fā)展。
一、西方國家污水處理發(fā)展趨勢
回顧百年來發(fā)展歷程，污水處理對改善人居環(huán)境，推動人類文明進步作出了巨大貢獻。今年迎來“百年誕辰”的活性污泥法，長期、有效地遏制了水污染物排放，至今仍是污水處理系統(tǒng)的“中流砥柱”。上世紀60年代，美國提出了具有超前思維的“21世紀水廠”概念，將污水處理標準提升至飲用水標準，對行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。沿此思路，在本世紀初，新加坡提出了“NEWater”概念，通過傳統(tǒng)生物處理加雙膜法，實現(xiàn)了污水到飲用水的深度再生，帶動了本國水業(yè)跨躍式發(fā)展，使其一躍成為世界性水務“理念”中心。
隨著環(huán)境污染、氣候變化、能源危機以及資源枯竭等人類面臨的重大問題日益突顯，近幾年國際污水處理行業(yè)出現(xiàn)了以下三個明顯趨勢：
污染物削減功能被進一步強化。一方面，隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，污染強度不斷增大，污染物種類日趨復雜；另一方面，隨著公眾環(huán)境意識增強，水環(huán)境質(zhì)量要求不斷提高。為應對這一局面，城市污水處理不斷提標改造成為必然趨勢。發(fā)達國家在強化傳統(tǒng)有機污染物去除的同時，生物脫氮除磷（BNR）總體上在朝著強化脫氮除磷（ENR）方向發(fā)展，有些地區(qū)甚至達到了技術極限（LOT）水平。為應對內(nèi)分泌干擾物（EDCs）、藥物和個人護理品（PPCPs）等新興污染物，臭氧氧化和光催化氧化等高級氧化技術也已在污水處理領域得以規(guī)?；瘧?。
以提高能源自給率為目標的提效改造進展迅速。應對氣候變化和能源危機要求城市污水處理必須節(jié)能降耗，并開發(fā)能源提高能源自給率，實現(xiàn)低碳污水處理。城市污水處理是高能耗行業(yè)，美國城市污水處理電耗占全社會總電耗的3%以上；然而，城市污水中又蘊含著巨大潛能。據(jù)估計，污水所含潛在能量是處理污水能耗的10倍，全球每日產(chǎn)生的污水潛在能量約相當于一億噸標準燃油，污水潛在能量開發(fā)可解決社會總電耗的10%。基于歐洲經(jīng)驗，在提效改造的基礎上，僅以高效厭氧消化等成熟技術進行能量回收，污水處理能源自給率就可達到60%以上，有的處理廠甚至實現(xiàn)了完全能源自給。
污水處理過程的資源回收引起重視。城市污水處理將成為資源循環(huán)利用的重要載體。除水資源循環(huán)利用外，污水處理過程還可實現(xiàn)有機質(zhì)及磷等資源的循環(huán)利用。特別是磷，全球磷資源行將枯竭，中國儲量也只能有效供給20~50年。因此，構建磷素的持續(xù)循環(huán)體系引起重視，而城市污水處理將是實現(xiàn)磷循環(huán)的重要途徑。日本相關機構曾經(jīng)測算，如將污水中的磷（每年5萬噸）加以回收，可解決本國磷礦石進口量的20%。
二、中國污水處理事業(yè)的發(fā)展與問題
1984年，中國第一座大型污水處理廠在天津建成并投入運行。此后，經(jīng)過三十年的發(fā)展，中國污水處理事業(yè)快速發(fā)展，取得了巨大成就。截至2013年，全國建成并投入運行了3500多座縣級以上污水處理廠，日總處理能力達到1.4億m3，已與美國基本相當，為遏制水污染加劇的態(tài)勢發(fā)揮了關鍵作用。然而，每個行業(yè)都難以跨越歷史，污水處理行業(yè)高速取得的巨大成就之下也同樣隱存著短視、粗放乃至劣質(zhì)。面向未來，我們必須進行反思。
首先，污水處理行業(yè)作為“綠色家族”的天生一員，卻與可持續(xù)發(fā)展理念漸行漸遠。我國絕大部分目污水處理廠取消了初沉池設計，大量采用了延時曝氣等高能耗工藝，以高能耗為代價實現(xiàn)的污染物削減與減排，形成了“減排污染物、增排溫室氣體”的尷尬局面。我國現(xiàn)有處理廠設置厭氧消化設施的數(shù)量不足3%，在硬件上直接否定了污水潛能的開發(fā)利用。更應引起注意的是：新設施的建設幾乎都還在以厭氧消化管理復雜、我國污泥有機質(zhì)含量低等不成立的說法為理由，在可研階段就直接剔除厭氧消化工藝。近兩年，西方污水處理廠提效改造已經(jīng)成為與提標改造必須同步進行的過程，而“提效改造”在我國業(yè)內(nèi)卻還是個“生詞”。在資源回收方向，我國污水處理行業(yè)的具體行動更是幾近空白。
其次，污水處理缺乏面向水環(huán)境多樣化需求的科學水質(zhì)標準。中國幅員遼闊，各地水環(huán)境特征差別大。目前的出水水質(zhì)標準采用“一刀切”方式，沒有顧及地域不同和經(jīng)濟發(fā)展不平衡等重大差異性問題，不利于生態(tài)敏感地區(qū)的水質(zhì)保護以及缺水地區(qū)的水資源問題的根本解決，在環(huán)境保護的天平上失去了應有的份量。
再次，實踐中缺乏對人與自然和諧共處的思考與追求。一是污水處理廠產(chǎn)生的污泥與自然環(huán)境不和諧。城市污水處理產(chǎn)生的大量污泥沒有安全、妥善地融入自然循環(huán)，對環(huán)境造成嚴重隱患，污泥中營養(yǎng)物也沒有得到有效利用。二是污水處理廠與周邊社會環(huán)境不和諧。伴隨城鎮(zhèn)化，很多污水處理廠已被圍入居民社區(qū)，周邊公眾對污水處理過程所產(chǎn)生的惡臭和噪聲積怨頗深，已經(jīng)成為不容忽視的環(huán)境問題。
我們認為，隨著水污染控制工作的不斷深入和城鎮(zhèn)化進程推進，我國城鎮(zhèn)污水處理設施建設還將持續(xù)高速發(fā)展，并有可能在未來10年內(nèi)完成城鎮(zhèn)污水處理設施的基本建設任務。但是，基本建設完成并不意味著發(fā)展停滯。中央城鎮(zhèn)化工作會議已將能源利用效率、環(huán)境質(zhì)量等列入新時期城鎮(zhèn)化的重要內(nèi)涵，包括提標和提效的提升改造將是污水處理的一個長期任務。這些預示著，中國城市污水處理事業(yè)將迎來以可持續(xù)發(fā)展為核心的全新時期，在相當長一段時期內(nèi)，中國仍將是世界上最大的污水處理市場。
在關系污水處理事業(yè)未來的關鍵時刻，迫切需要在激發(fā)各方智慧、凝聚行業(yè)共識、明晰發(fā)展方向的前提之下，調(diào)動一切積極因素，建設一座（批）面向未來的污水處理廠，成為中國的“21世紀”和“NEWater”，引領國際污水處理的未來。這樣的污水處理廠，我們稱之為“中國污水處理概念廠”。
三、中國污水處理概念廠的內(nèi)涵
我們的設想是：用5年左右時間，建設一座（批）面向2030年、具備一定規(guī)模的城市污水處理廠。它應該是綠色的，是低碳的，能夠真正體現(xiàn)出可持續(xù)發(fā)展這一普世理念。同時，中國污水處理概念廠還應集中展示已經(jīng)和即將工程化的全球先進技術，引領我國污水處理事業(yè)走向世界前列。
這些認識決定了概念廠籌建時間會比較長，并且是一個重要的巨大價值創(chuàng)造過程。盡管我們在城市污水處理及環(huán)境保護領域有過多年的科學研究、工程實踐及相關管理工作的經(jīng)驗，但通過一般的討論還遠不能為概念廠畫出具象，需要更多方面的參與、更長時間的探索、更多維視角的勾畫。通過幾次研討，我們初步認同概念廠應包含但不限于以下四個方向的追求：
1. 使出水水質(zhì)滿足水環(huán)境變化和水資源可持續(xù)循環(huán)利用的需要
出水水質(zhì)標準無疑是污水處理廠建設者的首要考慮。我們認為應包含面向水環(huán)境保護需求和面向水資源可持續(xù)循環(huán)利用的兩類標準。其中，第一類是指根據(jù)當?shù)丨h(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展要求而需達到的出水水質(zhì)標準，應在頂層設計、長遠規(guī)劃的基礎上提出。第二類是完全滿足水資源循環(huán)利用的標準，使污水從根本上實現(xiàn)再生，這類標準應考慮對包括新興污染物在內(nèi)的有毒有害污染物的深度去除，對缺水地區(qū)的水生態(tài)安全發(fā)揮保障作用。
2. 大幅提高污水處理廠能源自給率，在有適度外源有機廢物協(xié)同處理的情況下，做到零能耗。
如前所述，發(fā)達國家污水處理能耗已占全社會能耗的3%左右，是節(jié)能降耗的重要領域。我國污水處理廠的建設運營普遍粗放低效，節(jié)能空間更為巨大。污水中的有機物富含能源，合理利用通常能滿足污水處理廠能耗的1/3到1/2；另一方面，污水處理新工藝、新技術、新裝備以及運營方式也有廣泛的節(jié)能效果。污水處理廠的大面積占地也為太陽能利用提供了可用空間。合理集成以上節(jié)能途徑，概念廠將實現(xiàn)在目前污水處理耗能基礎上普遍節(jié)能50%以上，在具備有機物外源時做到能源自給。沿著概念廠的方向，有望為整個社會減少1%的能耗。
3. 追求物質(zhì)合理循環(huán)，減少對外部化學品的依賴與消耗
污水處理廠產(chǎn)生的物質(zhì)（污泥）最終需走向社會或自然。概念廠應根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，在城市長遠發(fā)展視角下選擇合理處置方式，使污泥最終達到無害化、資源化的目的?；瘜W品的使用間接地增加了污水處理廠資源消耗，也提高了污水排放的生態(tài)風險。因此，概念廠將在最大程度上降低對外部化學品的依賴與消耗，在更廣意義上減少對社會總體資源與能源消耗，并降低化學品的引入對污水處理廠出水、出泥帶來的環(huán)境風險。
4. 建設感官舒適、建筑和諧、環(huán)境互通、社區(qū)友好的污水處理廠
首先要做到出水、出料、出氣等所有的排出物對生態(tài)環(huán)境安全，并用多種方式展示和溝通這種安全狀態(tài)。在此基礎上要追求感官舒適、建筑和諧、環(huán)境互通，從而做到和周邊社會的心理互信。土地是我國最寶貴最緊缺的資源，但是，我們認為未來的污水處理廠最重要的并不只是多么注意它本身的節(jié)約用地，而是必須做到不影響周邊土地的使用功能，這可能比它的投資節(jié)省效益重要十倍，乃至百倍。
為實現(xiàn)以上追求，我們首先應該徹底跳出現(xiàn)有污水處理技術工藝框框，系統(tǒng)地認真地研究目前國際上的新工藝、新技術、新材料、新裝備的研究與應用進展，預判未來數(shù)年可能實現(xiàn)的突破，為城市污水處理做一次重新的系統(tǒng)勾畫。作為現(xiàn)代城市重要的基礎設施，污水處理廠也不應只是技術專家和工程師考慮的事情。應該組織政府官員、民眾、工程師、建筑師、規(guī)劃師討論、參觀、模擬，為未來城市污水處理廠探尋和構建有整體共識的范式。
結語
中國污水處理概念廠不能簡單地局限于通常意義上的重點工程、示范工程，更應該將其看作是中國污水處理事業(yè)在當前的機遇和挑戰(zhàn)下面向未來的一次系統(tǒng)探索。
概念廠將有助于我們突破現(xiàn)有體制、機制的束縛，重點從中國國情、社會發(fā)展、技術進步、物質(zhì)與能源循環(huán)角度出發(fā)，在更長時間尺度上綜合思考污水處理廠的功能與定位。我們相信，這種突破束縛的探索，本身就是巨大進步。同時，這也將是一次富有前瞻性和戰(zhàn)略性的嘗試。城市污水處理廠已經(jīng)不單單是污水處理行業(yè)或環(huán)保行業(yè)的事情，它和人們生產(chǎn)、生活的關聯(lián)日益緊密，這種關聯(lián)正在刷新我們對其的傳統(tǒng)認知，概念廠即脫胎于此：城市污水處理廠從實現(xiàn)污染物削減的基本功能將轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械哪茉垂S、水源工廠、肥料工廠，進而再發(fā)展為與社區(qū)全方位融合、互利共生的城市基礎設施。為了可持續(xù)的生存環(huán)境，我們需要這樣顛覆性的想象力和創(chuàng)造力，需要大膽嘗試的勇氣。
基于以上認識，我們發(fā)起設立中國城市污水處理概念廠專家委員會，計劃用5年左右時間，為我國建設一座（批）面向2030年的概念廠。通過概念廠的建設和運行，指引方向，樹立標桿，服務未來，實現(xiàn)我國城市污水處理事業(yè)的跨越式發(fā)展，或為世界污水處理廠建設的典范和方向；同時也將推動城鎮(zhèn)化中環(huán)境要素功能的實現(xiàn)，推動環(huán)保新技術和管理經(jīng)驗的普及，推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)的升級與轉(zhuǎn)型換代。
概念廠專家委員將積極尋求與政府和社會溝通，整合有效資源，帶動整個行業(yè)，推動污水處理新技術研究、產(chǎn)品開發(fā)、規(guī)劃建設提升以及運營管理水平的提高。在設計概念廠過程中，我們希望可以匯聚更多富有熱情，經(jīng)驗和智慧的有識之士，以從容和富有效率的方式，創(chuàng)造性地勾畫中國污水處理概念廠的未來形態(tài)。
我們相信，這個過程必將激發(fā)行業(yè)內(nèi)智慧資源的躍升和釋放，引發(fā)出更多討論甚至爭論，幫助我們明確并堅定未來污水處理發(fā)展方向，推動污水處理事業(yè)新一輪技術與管理的創(chuàng)新與發(fā)展。對于這項長久的、有意義的事業(yè)，我們期待能與更多志同道合的伙伴們一起并肩奮斗。（全文完）
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