集約、低碳、生態(tài)是污水處理廠未來方向

鄭挺穎 羅夢雁

編者：近年來，我國污水處理事業(yè)發(fā)展迅速、成績斐然，但業(yè)內(nèi)有觀點認(rèn)為，這些發(fā)展主要依賴西方傳統(tǒng)技術(shù)，我國自主科技成果對行業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)度不大，原因在哪里？另外，污水處理未來發(fā)展方向是什么？與碳達(dá)峰有何關(guān)系？

1月5日，《環(huán)境與生活》記者一行帶著這些問題，專程登門采訪了中國人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣教授——

污水處理行業(yè)的科技進步存在諸多天然障礙

《環(huán)境與生活》：您在水污染治理方面，有多年的理論研究和實踐工作經(jīng)驗，是圈內(nèi)不可多得的實戰(zhàn)型學(xué)者。在您看來，我們國家在污水處理行業(yè)方面，科技成果轉(zhuǎn)化的難點、痛點是在哪里？

王洪臣：近十幾年來，我國污水處理行業(yè)快速發(fā)展，目前日處理能力已經(jīng)達(dá)到2.2億立方米，年實際處理量超過700億立方米，是名副其實的污水處理大國。另一方面，國家、地方和企業(yè)投入了大量經(jīng)費進行研究開發(fā)，取得了一大批研究成果，一些成果達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。但是，如您所說，我國自主形成的科研成果在行業(yè)快速發(fā)展中的確沒有發(fā)揮出應(yīng)有作用，我想，這可能也是行業(yè)的共同看法。那么原因在哪里？這個問題我有一些長期觀察，也有一些思考。我認(rèn)為，污水處理行業(yè)的科技進步存在諸多天然障礙。不知道這是不是許多行業(yè)的共性問題，這里僅就我個人對污水處理行業(yè)的觀察和思考與大家分享。

先談?wù)効萍汲晒虡I(yè)轉(zhuǎn)化的障礙，因為商業(yè)轉(zhuǎn)化通常是最高效的成果轉(zhuǎn)化。我觀察發(fā)現(xiàn)，科技成果商業(yè)轉(zhuǎn)化的最大障礙是科學(xué)家和企業(yè)家對科技成果價值認(rèn)知上的巨大反差。這里的科學(xué)家泛指所有的科技人員，是成果的持有人；企業(yè)家泛指所有企業(yè)主，是成果受讓人。

首先，科學(xué)家通常認(rèn)識不到科研成果真正轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力是一個極其艱難的過程。一個新的科研成果，怎么能證明它是穩(wěn)妥、可靠的？企業(yè)家需要組織人力、財力、物力去證明。即使證明了是一個好的成果，還要花力氣去說服客戶，去開拓市場，否則就是叫好不叫座的成果，就沒有價值。

從證明到推廣，實際上是一個充滿風(fēng)險的過程，企業(yè)家要概括承受，但科學(xué)家對這個過程既沒有切身感受，也可能沒有認(rèn)知。

另一方面，企業(yè)家又常常不了解一個新思路、新理念、新成果的產(chǎn)生也是非常艱難的，是一個反復(fù)琢磨、反復(fù)失敗、反復(fù)實驗的艱苦過程。窗戶紙被捅破了，我們知道是一層窗紙，但沒捅破之前，那就是一堵墻。許多企業(yè)家把教授帶著學(xué)生做研究看成是一件很輕松的事情。存在這樣的認(rèn)知反差，即使發(fā)生了成果轉(zhuǎn)化，即使成果轉(zhuǎn)化成功，雙方都認(rèn)為自己才是主要貢獻(xiàn)者，從而沒法繼續(xù)合作下去。

更多的情況是，企業(yè)家輕易不會出合理價錢購買科技成果，而科學(xué)家寧愿不轉(zhuǎn)化，也不賤賣自己的成果，污水處理領(lǐng)域很少聽到超過百萬元的科技成果轉(zhuǎn)讓。因此，科技成果商業(yè)轉(zhuǎn)化就此成了死結(jié)。進一步的后果是，企業(yè)家組建研發(fā)中心，招來幾個博士，自己搞研發(fā)；科學(xué)家組建團隊，招來幾個工程師，自己搞成果轉(zhuǎn)化。

實際上，科研需要積淀，需要基因，需要文化氛圍，需要有梯級的團隊，四面八方拼湊來的高學(xué)歷人才，出不了有價值的成果；而把一個科技成果變成生產(chǎn)力，需要具備計劃、技術(shù)、資本、成本、市場以及風(fēng)險控制等一系列要素，絕非一個簡單的組合就可以完成。再進一步的后果是，企業(yè)家搞不出有價值的創(chuàng)新性成果，有的水務(wù)企業(yè)研發(fā)中心反復(fù)組建了很多遍，有的試圖以研發(fā)人數(shù)致勝，一個不大的企業(yè)竟有一兩百名研發(fā)人員；科學(xué)家也推廣不出自己本來有價值的成果，鍥而不舍地反復(fù)成立公司，造成社會資源的巨大浪費。

十幾年前，我在北京市一個企業(yè)工作時，參加了市里組織的赴歐洲創(chuàng)新型社會培訓(xùn)班。一個月的時間，我們除了聽專家授課，還參觀了許多企業(yè)、大學(xué)、社會創(chuàng)新機構(gòu)和相關(guān)政府部門，近距離觀察歐洲社會高效的創(chuàng)新文化和創(chuàng)新機制。關(guān)于成果轉(zhuǎn)化，我感受最深的是，企業(yè)愿意拿出自己一大部分利潤購買知識產(chǎn)權(quán)或使用權(quán)，拿幾百萬歐元買幾張紙或一個思路，體現(xiàn)出了他們對知識產(chǎn)權(quán)的那種深入骨髓的尊重，這對中國企業(yè)來說是難以想象的。

在這種氛圍下，西方的科學(xué)家可以專注新理念、新思想、新機理、新方法的探索，一旦有了有價值的成果，可以很順暢地交由企業(yè)去轉(zhuǎn)化，而且是按合理價值實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。因此，我們也看到，西方的教授們大多不會做那些虛無縹緲的研究，更不會跟在別人后邊去做重復(fù)性試驗，他們專注在有意義的創(chuàng)新上。

總之，社會需要有分工，也需要有合作，需要合理分工默契地合作，這是實現(xiàn)高效成果轉(zhuǎn)化并推動科技進步必要的社會環(huán)境。污水處理行業(yè)需要逐步構(gòu)建這樣的環(huán)境。

《環(huán)境與生活》：科技成果的商業(yè)轉(zhuǎn)化如此多艱，那科技成果公益轉(zhuǎn)化的情況會不會好一些？

王洪臣：好，我們接下來再談?wù)効萍汲晒孓D(zhuǎn)化的障礙。公益轉(zhuǎn)化是指把科研成果以技術(shù)政策、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則或指南等法規(guī)文件的方式向全行業(yè)公開轉(zhuǎn)化，指導(dǎo)工程設(shè)計、建設(shè)以及運營管理?？茖W(xué)家把科研成果以論文形式公開發(fā)表后供行業(yè)參考使用，也屬于公益轉(zhuǎn)化。

按理說，公益轉(zhuǎn)化沒有了商業(yè)環(huán)節(jié)，應(yīng)該容易實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，但實際轉(zhuǎn)化效率甚至比商業(yè)轉(zhuǎn)化更低。

污水處理領(lǐng)域的技術(shù)政策、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則或指南等法規(guī)文件主要是總結(jié)已有工程或項目經(jīng)驗，雖然這些文件通常都有關(guān)于科技進步的章節(jié)或條款，但是幾乎見不到科技新成果的體現(xiàn)。這一狀況的后果是徹底封住了科技成果通向工程建設(shè)的轉(zhuǎn)化之路，因為沒有哪個設(shè)計院愿意大膽采用新成果，因為這樣一來就得承擔(dān)不遵守法規(guī)性技術(shù)文件的風(fēng)險。

另外，我國的設(shè)計院雖然都叫設(shè)計研究院，但重在設(shè)計、輕于研究，這與我國多年來的行業(yè)形態(tài)有關(guān)。我國的設(shè)計院是從工程的項目建議書、可行性研究報告、初步設(shè)計一路負(fù)責(zé)到施工圖設(shè)計，有時還得做施工配合，用在可行性研究報告上的時間很短、精力很少。短時間快速編制的可行性研究報告只能是照搬規(guī)范或手冊，可行性研究報告成了可批報告，極少去研究采用新的科研成果。

西方的設(shè)計院通常叫咨詢公司，大多只負(fù)責(zé)概念設(shè)計，也就相當(dāng)于我國的可行性研究報告，頂多涉及一些初步設(shè)計的內(nèi)容，施工圖設(shè)計則交由施工單位承擔(dān)。這樣，西方咨詢公司就有時間深入研究，編制出高水平的概念設(shè)計，采用新成果的可能性大大增加，許多咨詢公司為了概念設(shè)計甚至要開展大量測試或中間試驗。一個科技成果要具備推廣、復(fù)制的條件，通常要經(jīng)過生產(chǎn)性試驗和工程示范，但污水處理行業(yè)的許多科技成果通常難以找到合適的生產(chǎn)性試驗場地和工程示范項目，因為很少有企業(yè)愿意為此承擔(dān)風(fēng)險。

由于污水處理廠出水的嚴(yán)格監(jiān)管和處罰機制，也很少有企業(yè)愿意在已有設(shè)施上進行成果驗證。從法規(guī)性文件、工程設(shè)計建設(shè)到運營管理的一系列障礙，導(dǎo)致科研成果難以實現(xiàn)公益性轉(zhuǎn)化。

《環(huán)境與生活》：那么，這些障礙是可以克服的嗎？請問未來我們應(yīng)該如何去克服這些障礙？

王洪臣：為什么說以上障礙為天然障礙，因為這些障礙無關(guān)于哪個方面，不是人為設(shè)置，是多年的沿襲，是習(xí)慣思維下的習(xí)慣做法。但是，大批科研成果束之高閣，不能發(fā)揮效益，令人嘆息。

尤其是當(dāng)一個行業(yè)不愿、不敢或沒有機制去承擔(dān)科技進步帶來的風(fēng)險，那么它將沒有科技進步，也將無法實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。怎么破解這些障礙？恐非一招一策，只能寄望于不斷改革，改革一定會發(fā)揮作用。

實現(xiàn)低碳的路徑是協(xié)同減排

《環(huán)境與生活》：您是中國人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任。在邁向碳中和的大背景下，請問水務(wù)領(lǐng)域如何為碳達(dá)峰和碳中和做貢獻(xiàn)？

王洪臣：政府間氣候變化專門委員會 （IPCC）組織全球300位科學(xué)家包括幾位中國科學(xué)家聯(lián)合撰寫了《氣候變化的科學(xué)基礎(chǔ)》一書，從科學(xué)角度論證了氣候正在發(fā)生變化，近百年來全球溫度的變化是人類活動的結(jié)果。導(dǎo)致氣候變化的這些人類活動可以概括為：人類發(fā)現(xiàn)了地下化石能源，開采出來，用作燃料，排放了大量的二氧化碳。

城市水務(wù)大致占全社會總電耗的3%，其中污水處理過程約占全社會總電耗的1%。那我們就可以理解成，污水處理行業(yè)間接的碳排放大概能占到全社會總排放的0.5%，所謂間接碳排放是指因消耗了電而計算出的碳排放。

另外，在污水處理的轉(zhuǎn)化過程中，也會有直接的溫室氣體排放，比如甲烷和一氧化二氮的排放，其中單位甲烷的碳當(dāng)量相當(dāng)于單位二氧化碳的21倍，一氧化二氮更高，達(dá)到了312倍。盡管它們的排放量相對較低，但造成的溫室效應(yīng)卻不能忽視。污泥處理處置也會產(chǎn)生碳排放。從污泥填埋方面講，歐洲為什么將填埋費變成了填埋稅？主要是填埋會導(dǎo)致大量的溫室氣體排放。大型填埋廠一定會設(shè)甲烷的回收系統(tǒng)，問題是污泥中的有機物需要二三十年的時間才能徹底穩(wěn)定下來，才能不再釋放碳了，開始前5年可能釋放50%，那個時候釋放量比較大，我們還可以把它收集起來，可是剩下的50%需要二三十年的時間才能釋放完，就沒辦法收集了，就會排放到大氣中。因為污泥填埋比焚燒的碳排放量大，所以從溫室氣體排放控制的角度來看，首先是要杜絕填埋。但是，在填埋過程中，有機物會變成有機質(zhì)，有機質(zhì)會變成腐殖質(zhì)。東北的黑土地好，就是因為土壤中含的腐殖質(zhì)高達(dá)10%。土壤中腐殖質(zhì)含量高就不會板結(jié)，透氣性好，空氣中的氮就可以進入土壤，生成肥料。富含腐殖質(zhì)的土壤保持水分、保持肥料的能力強。

如果我們將有機物、污泥、垃圾等直接焚燒，相較于填埋會減少碳排放，但卻破壞了腐殖質(zhì)，進不到土地中去，就會導(dǎo)致土壤貧瘠，就需要更多的化肥。生產(chǎn)化肥需要消耗能源，大量灌溉用水也要消耗能源，所以很多時候，有機物焚燒不是最優(yōu)的。

自然界存在一個無機物和有機物之間的相互平衡，無機物變成有機物就是通過光合作用，植物通過光合作用，把大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)換成人類用來維持自身生存的能量，比如小麥、玉米等糧食作物。如果沒有光合作用，沒有無機物向有機物的轉(zhuǎn)換，就沒有人類的生存。與此同時，有機物也需要回到土地，才能形成循環(huán)。如果焚燒，燃燒后產(chǎn)生的氣體在大氣中排走了，燃燒后的灰渣沒法與土壤混合生成肥料，所以人類生態(tài)文明很重要的一點，就是要尊重大自然的循環(huán)，讓有機物有序地回到土地里。

污水處理的直接碳排放和間接碳排放合計占全社會總體碳排放量的1%至2%，雖然占比很小，但減排效益大。

在污水處理領(lǐng)域中，找到正確的技術(shù)以及正確的技術(shù)路線，就可以減少碳排放，其減碳的效益比能源、交通等領(lǐng)域要大得多。

總體上，污水處理應(yīng)盡快往協(xié)同減排的方向走，既減排污染物也減排碳，協(xié)同減排越早越好。不能只考慮控制污染物而不考慮碳排放，對待有些為控制污染而帶來高碳排放的投資要謹(jǐn)慎。

面向未來的城市污水處理概念廠

《環(huán)境與生活》：我國未來治理水污染，應(yīng)該更注意哪些問題？在觀念層面，應(yīng)該有哪些大的調(diào)整和改變？

王洪臣：我對未來的污水處理，總的看法可以分成兩個方面，首先我們需要思考未來社會需要什么樣的污水處理?，F(xiàn)在，一提到污水處理廠，大家覺得它雖然是一個城市基礎(chǔ)設(shè)施，但觀念上認(rèn)為類似于城市的“廁所”，臟東西都會排到那里去，是一個治理污染的地方。

未來污水處理要滿足人類社會的需要，隨著人類社會文明程度的提高，污水處理廠不應(yīng)再是一個“廁所”的概念，應(yīng)是往“衛(wèi)生間”、“化妝間”的方向去發(fā)展，變成城市最漂亮的地方?，F(xiàn)在，各城市都缺水，污水也不能輕易排走，也不能遠(yuǎn)離人們的生活，我們需要把污水處理干凈后，用來滿足城市用水，美化人居環(huán)境，讓生活更美好。未來，我們要把污水處理廠變?yōu)橐粋€城市的生態(tài)綜合體。

2013年，中國工程院院士曲久輝研究員帶領(lǐng)幾位學(xué)者（清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王凱軍教授，中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院王洪臣教授，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院余剛教授，中國21世紀(jì)議程管理中心副主任柯兵、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)學(xué)院俞漢青教授），發(fā)起成立了“中國城市污水處理概念廠專家委員會”，提出“建設(shè)面向未來的中國污水處理概念廠”這一命題，希望以此融通各方智慧和共識、啟迪創(chuàng)新和創(chuàng)造，引領(lǐng)中國污水處理事業(yè)的升級發(fā)展：

第一，污水處理廠可以打造成城市人居環(huán)境中最漂亮的地方，有水有肥，有創(chuàng)造美好環(huán)境的物質(zhì)基礎(chǔ)，高度融入城市的生活；

第二，污水處理廠完全可以成為一個資源工廠，污水處理并不是將污染物消滅掉、處理完就行了，污水處理廠的籌建從一開始就要考慮產(chǎn)出，產(chǎn)出水、氮、磷，并進行回收，支援有機質(zhì)的回收，建設(shè)生態(tài)文明；

第三，污水處理可以為碳達(dá)峰做出一定貢獻(xiàn)；

第四，也是我認(rèn)為最重要的，人類社會對污水處理廠的最大要求，是污水處理廠在發(fā)揮其基礎(chǔ)作用的功能上，需要大大縮減體積。道理很簡單，污水越多的地方人就越多，人越多的地方土地資源就越緊張?，F(xiàn)在全國污水處理廠的占地面積一共有幾十萬畝，雖然從整個國土面積來看并不算多，但都是離人們生活最近的、最優(yōu)質(zhì)的土地。所以，人們對污水處理的需求，除了最基本的功能外，還要漂亮、要低碳、要集約。

最后，在規(guī)劃布局上實現(xiàn)分散也是個大方向。全國第一大污水處理廠是上海白龍港污水處理廠，日處理量是280萬噸。第二大污水處理廠是上海竹園污水處理廠，現(xiàn)在的日處理量是220萬噸。第三大是北京高碑店污水處理廠，日處理量是100萬噸。此外，還有廣州、成都、沈陽等一批百萬噸級的污水處理廠。污水處理廠太大，風(fēng)險加大，會使城市因此缺乏彈性和韌性。

物理技術(shù)路線比較有前景

《環(huán)境與生活》：如您剛才所說的，未來的污水處理要走反集中化、低碳的發(fā)展道路，什么樣的技術(shù)路線會比較有前景呢？

王洪臣：技術(shù)的路線要按需求走，需求也會推動技術(shù)的進步。污水處理不止一個單元技術(shù)，它是一系列的單元技術(shù)組成的工藝流程。所有單元技術(shù)可以歸結(jié)為四大類：物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)、生物處理技術(shù)、物理化學(xué)處理技術(shù)。

現(xiàn)在污水處理的技術(shù)組合是：物理技術(shù)承擔(dān)預(yù)處理，比如沉沙池、沉淀池，將大塊的顆粒去除掉；接著是生物技術(shù)，這是流程中發(fā)揮主要作用的環(huán)節(jié)，大量的污染物是通過生物技術(shù)去除掉的；再進一步的處理環(huán)節(jié)就是物理化學(xué)技術(shù)，比如混凝、過濾、吸附等。

目前，物理技術(shù)起預(yù)處理作用、生物技術(shù)起主要去除作用、物理化學(xué)技術(shù)負(fù)責(zé)精細(xì)化處理，而純化學(xué)技術(shù)一般不應(yīng)用于市政污水處理，主要應(yīng)用于工業(yè)廢水處理。

大多數(shù)人的看法是：物理技術(shù)很粗放，只能做預(yù)處理；化學(xué)處理是黑色技術(shù)，會產(chǎn)生難以處理的化學(xué)污泥，在治理污染的同時很可能會產(chǎn)生新的污染；生物處理技術(shù)是綠色的，不產(chǎn)生新的污染物。

毋庸置疑，以活性污泥法為核心的生物處理技術(shù)為人類的污水處理做出了歷史性貢獻(xiàn)，但它占地大、能耗高，要消耗大量建筑材料，按照對污水處理集約化和低碳要求，未必仍是未來的主流技術(shù)。我個人看法，物理技術(shù)尤其是各種清潔分離技術(shù)，在未來的污水處理中有可能發(fā)揮更大的作用，而不再只是預(yù)處理角色。為什么呢？生物處理技術(shù)降解污染物的速率是以小時計，化學(xué)技術(shù)即化學(xué)反應(yīng)的速率是以分鐘計，而物理技術(shù)分離污染物的速率是以秒計，如果物理技術(shù)發(fā)揮更大的作用，污水處理將大大走向集約化。

【環(huán)境人物】

王洪臣

王洪臣，中國人民大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，教授級高級工程師、注冊環(huán)境工程師，國家生態(tài)環(huán)境保護科技領(lǐng)軍人才、享受國務(wù)院政府特殊津貼的專家，獲評2011首屆“中國水業(yè)年度人物”。

現(xiàn)任中國人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任，兼任住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技委城鎮(zhèn)水務(wù)委員會委員、生態(tài)環(huán)境部土壤生態(tài)保護專家委員會委員、中國城鎮(zhèn)供水與排水協(xié)會技術(shù)戰(zhàn)略咨詢委員會委員、中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會常務(wù)理事以及中國土木工程學(xué)會水工業(yè)分會常務(wù)理事等社會職務(wù)，長期從事城鎮(zhèn)污水處理及農(nóng)村污水治理技術(shù)的研究開發(fā)與管理政策研究，共發(fā)表論文200余篇，出版專著4部，獲發(fā)明專利授權(quán)30余項。