導讀：在“2021(第十九屆)水業(yè)戰略論壇”上，王凱軍用“變”與“不變”這對哲學(xué)命題，指出目前水處理技術(shù)正在快速發(fā)展，即有很多行業(yè)“視而不見(jiàn)”的變化，也有正在帶來(lái)行業(yè)百年未有的變局與機遇，行業(yè)要掌握“變”與“不變”的規律性，順應時(shí)代發(fā)展的潮流。
　　

      “絕大部分人，是因為看見(jiàn)而相信，只有很少的一部分人是因為相信而看見(jiàn)”，在“2021(第十九屆)水業(yè)戰略論壇”上，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、國家環(huán)境保護技術(shù)管理與評估工程技術(shù)中心主任王凱軍引用了馬云的名言。
 
　　論壇上，王凱軍用“變”與“不變”這對哲學(xué)命題，指出目前水處理技術(shù)正在快速發(fā)展，即有很多行業(yè)“視而不見(jiàn)”的變化，也有正在帶來(lái)行業(yè)百年未有的變局與機遇，行業(yè)要掌握“變”與“不變”的規律性，順應時(shí)代發(fā)展的潮流。
 
　　水處理技術(shù)中的“不變”
 
　　辯證法認為，事物本質(zhì)的內在規定性是不變的，具有穩定性、長(cháng)期性和堅韌性，王凱軍表示，在污水處理行業(yè)，不變的是污水處理的基本原理。
 
　　在污水處理發(fā)展初期，一大批大型污水處理廠(chǎng)普遍采用了傳統的技術(shù)路線(xiàn)，很多人不以為然?；貋?lái)，采用了不用初沉池和不用消化池的簡(jiǎn)單的氧化溝技術(shù)，但是如今看來(lái)，這對于我國實(shí)現碳達峰與碳中和的“30、60”目標，是非常不利的，總結起來(lái)有四個(gè)突出問(wèn)題：
 
　　問(wèn)題一：普遍采用延時(shí)曝氣的氧化溝工藝，造成高能耗；
 
　　問(wèn)題二：缺少初沉池，造成高能耗；
 
　　問(wèn)題三：缺少初沉池，造成無(wú)機分和含沙量高運行困難；
 
　　問(wèn)題四：不設污泥消化池，缺少溫室氣體控制的抓手。
 
　　而對于水處理技術(shù)中幾個(gè)“視而不見(jiàn)”的變化
 
　　出水標準的提升，導致工藝流程發(fā)生眾所周知的變化，對其視而不見(jiàn)
 
　　王凱軍指出，污水行業(yè)近些年最大的變化，是地方的污染物排放標準日趨嚴格，同時(shí)出水標準的提升，導致工藝流程發(fā)生變化。
 
　　如排放標準從一級A出水提升為準IV類(lèi)出水，在工藝上就從傳統的高密沉淀池+V型濾池等，轉變?yōu)椴捎美w維轉盤(pán)濾池或活性砂濾池或混凝沉淀等，或者在標準配置中添加更為復雜的工藝。
 
　　顯然，二沉池的負荷沒(méi)有必要那么保守，因為“變化”了的工藝流程中有后續單元保證出水的懸浮物濃度達標，而以前這是單純靠二沉池保證的。這是非常有意義的，因為二沉池土建和設備占總投資的15-20%。如果提高一倍負荷，可以節省投資10%，不用投資就提高就提高投資回報率2-3點(diǎn)。會(huì )達到提高公司的競爭能力。

　     二沉池占地面積極大，替代工藝需求迫切
 
　　王凱軍團隊調研了我國上百個(gè)地上污水處理廠(chǎng)，對參數進(jìn)行統計分析后，王凱軍指出，目前，我國地上污水處理廠(chǎng)中的沉淀池占地面積普遍可觀(guān)，最高可占主要構筑物比例在50%，最低也在20%以上。

      目前，地上式污水處理廠(chǎng)生化和二沉池占地70%以上，這也在一定程度上造成了地下污水處理廠(chǎng)基建造價(jià)較高，投資為地上污水廠(chǎng)的1.5-2倍以上。
 
　　對沉淀技術(shù)迅速發(fā)展視而不見(jiàn)
 
　　王凱軍十年前在本論壇就分析過(guò)所謂的高效好氧生物反應器技術(shù)，顧名思義的三個(gè)要素是“好氧”、“生物”和“反應器”。，目前，大部分環(huán)保企業(yè)關(guān)注好氧部分的精確曝氣，精確控制，自動(dòng)控制，曝氣頭等等，實(shí)際上，這三個(gè)要素是同等重要的。
 
　　以“生物”為例。“生物”部分既需要數量即“濃度”，也需要質(zhì)量即“活性”，數量的保持需要“沉淀和分離”。
 
　　王凱軍指出，目前，一系列沉淀技術(shù)正在迅速發(fā)展，如果這些技術(shù)能夠受到行業(yè)的普遍關(guān)注，就能推動(dòng)污水處理工藝得到大幅提升。
 
　　二沉池升級工藝一：加載沉淀Biomag技術(shù)
 
　　加載沉淀Biomag技術(shù)是近幾年比較主流的磁分離技術(shù)，具有沉降速度快、表面負荷高的優(yōu)勢，能有效減少占地面積，同時(shí)有效增加污泥濃度，可達到8——12 mg/L，表面負荷可由傳統0.5——1提升至2-4 m/h。
 
　　從監測數據可以看出，在不需要過(guò)濾與濾池的條件下，可以將BOD實(shí)現<5，總磷<0.2。近些年，比較有代表性的是，清華大學(xué)和中持股份技術(shù)團隊在此技術(shù)基礎上進(jìn)行深入研究，目標是將水處理量提高三倍。

       二沉池升級工藝二：接觸沉淀技術(shù)
 
　　“接觸沉淀一體化沉淀”技術(shù)取代了常規的“沉淀”+“過(guò)濾”兩段工藝。
 
　　接觸沉淀一體化沉淀技術(shù)源于古老的技術(shù)思路，在二沉池上加特殊的濾層， 使沉淀跟過(guò)濾相結合，節省了高效沉淀池。實(shí)現過(guò)濾流速達4-10 m3/m2.h，濾后出水的SS(懸浮物)<5mg/L，遠優(yōu)于一級A標準的10mg/L，設備運行能耗成本實(shí)現小于0.01元/噸水。
 
　　二沉池升級工藝三：納米絮凝劑復合沉淀
 
　　納米絮凝劑是一種含有納米粒子結構的高分子無(wú)機有機復合絮凝劑，能有效提高絮凝效果。納米絮凝劑操作簡(jiǎn)便，可以實(shí)現一步稀釋?zhuān)⑶覠o(wú)需新建構筑物，節省基建投資，具有反應時(shí)間短，沉降效果好的特點(diǎn)，同時(shí)還可以輔助除磷。
 
　　王凱軍指出，如今標準在不斷變化，新的工藝層出不窮，然而，行業(yè)的設計思路還停留在幾十年前。實(shí)際上，由于二沉池的出水面對的不是水環(huán)境，因此完全可以考慮采用更好的技術(shù)縮短二沉池的停留時(shí)間。提升后的新型二沉池具有諸多突出優(yōu)勢：
 
　　優(yōu)勢一、在污水處理廠(chǎng)占地實(shí)現提標改造，提升處理水平和增加處理水量；
 
　　優(yōu)勢二、節省新建二沉池占地(達30%以上)，省卻砂濾池/高密池；
 
　　優(yōu)勢三、有效降低地下式污水處理廠(chǎng)二沉池建設投資；
 
　　優(yōu)勢四、簡(jiǎn)化流程、集約建設、創(chuàng )新工藝。
 
　　污水處理要順應時(shí)代發(fā)展和國情的變化
 
　　在國際上，歐美等國家基本上在60年代末期，實(shí)現了60%左右的城市化率，如美國用近70年城鎮化率從30%到60%，到上世紀60年代城市化完成后，才開(kāi)始大規模建設污水處理廠(chǎng)。而我國從2000年開(kāi)始城市化的高速發(fā)展，用近20年時(shí)間，城鎮化率從30%提高到2020年末的60%，城市與污水設施共同建設，帶來(lái)了污水設施“鄰避”問(wèn)題。
 
　　以德國柏林以及我國蘇州污水處理廠(chǎng)分布情況進(jìn)行對比可以看出，柏林的污水廠(chǎng)廣泛分布與城市外圍地區，而蘇州的污水廠(chǎng)全部位于城市中央，與城市公園毗鄰。“鄰避”效應帶來(lái)的最大問(wèn)題是造成了城市土地價(jià)格的降低。
 
　　污水處理廠(chǎng)嚴重影響了周邊地區的土地價(jià)值。以北京方莊地區和陶然亭地區為例，從鏈家網(wǎng)站(bj.lianjia.com/)抓取了北京市2017年某日和2016年某日的所有房?jì)r(jià)信息，構建雙重差分模型，分析其對周邊經(jīng)濟社會(huì )影響。結果表明，處理規模為8萬(wàn)m3/d的某污水廠(chǎng)，直接投資2億元(5%)，直接占地73畝，價(jià)值7.5億(15%)，對周邊3.2 km2房?jì)r(jià)抑制金額為45.8億元(80%)?？梢?jiàn)，傳統地上式污水處理廠(chǎng)會(huì )嚴重影響周邊地區的土地價(jià)值。與此形成鮮明對比的則是城市公園的存在，例如陶然亭公園對周邊房?jì)r(jià)有大幅度的正面提升功能，這一問(wèn)題發(fā)人深思。
 
　　王凱軍引用了美國國家人文科學(xué)院院士，小約翰·柯布曾公開(kāi)表示：“生態(tài)文明建設是中國在社會(huì )發(fā)展方面的創(chuàng )舉，直接進(jìn)入生態(tài)文明的發(fā)展抉擇，帶給中國一個(gè)千載難逢的偉大機會(huì )，這個(gè)機會(huì )是中國獨有的領(lǐng)導世界的機會(huì )”。
 
　　清華大學(xué)于2015年適時(shí)組織了“聚焦地下污水處理廠(chǎng)”的高峰論壇，聽(tīng)取多方意見(jiàn)。經(jīng)過(guò)會(huì )議的討論提出，應當站在時(shí)代的角度、宏觀(guān)審視地下污水廠(chǎng)的現象，發(fā)揮和利用其優(yōu)勢，順勢而為。也正是在此次論壇中，王凱軍提出將污水處理廠(chǎng)的“負資產(chǎn)”變?yōu)樯鷳B(tài)的“正資產(chǎn)”的理念，將被動(dòng)建設轉化為主動(dòng)追求，從生態(tài)友好、環(huán)境友好、社區友好幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現轉變。
 
　　秉承生態(tài)文明理念，提出“地下廠(chǎng)V2.0”
 
　　2016年10月，清華大學(xué)再一次召開(kāi)關(guān)于污水處理廠(chǎng)建設高峰論壇，提出了將城鄉生態(tài)綜合體建設與地下污水廠(chǎng)相結合，進(jìn)一步推動(dòng)“負資產(chǎn)”向“正資產(chǎn)”的轉變，并且明確提出，把地下污水廠(chǎng)作為抓手，推動(dòng)生態(tài)文明建設的“地下廠(chǎng)V2.0”的理念。
 
　　“地下廠(chǎng)V2.0”將污水處理建設與提供生態(tài)景觀(guān)、休閑娛樂(lè )、科普教育、科技研發(fā)、濕地綠化等公共服務(wù)功能有機融合，地上地下統籌，形成了一個(gè)生態(tài)綜合體的建設。秉承生態(tài)文明理念，實(shí)現人與自然、人與人、人與社會(huì )和諧共生、良性循環(huán)、全面發(fā)展、持續繁榮為基本宗旨的社會(huì )形態(tài)。
 
　　順應時(shí)代變化，“地下廠(chǎng)V3.0”是未來(lái)趨勢
 
　　“十九大”提出，在新時(shí)代，大國治理需要轉向公共服務(wù)，王凱軍指出，在城市雙修和城市有機更新進(jìn)程中，在補齊城市基礎設施和公共服務(wù)設施的短板方面，地下污水處理廠(chǎng)應該起到主導作用。
 
　　目前，我國的城市基礎設施和公共服務(wù)設施與世界水平仍有差距，日本人均體育場(chǎng)面積中國的13倍，美國博物館數量是中國的7倍，人均為中國30倍，而V3.0地下污水廠(chǎng)，可以實(shí)現以污水廠(chǎng)為載體，綜合社會(huì )服務(wù)功能，如為城市提供公園綠地、體育場(chǎng)、博物館等區域，有力的補齊這些短板。
 
　　目前，中國水環(huán)境集團已經(jīng)在成都打造了地下廠(chǎng)生態(tài)綜合體的升級版。成都科學(xué)城生態(tài)水環(huán)境項目采用 “環(huán)境友好、土地集約、資源利用”的下沉式再生水廠(chǎng)技術(shù)理念，集環(huán)境污染治理與公園城市建設于一體，實(shí)現“一地三層多用途”。污水處理在地下完成，地面建設景觀(guān)活水公園、運動(dòng)場(chǎng)、兒童娛樂(lè )設施等，占地僅為傳統地面式污水廠(chǎng)的1/3，顯著(zhù)降低土地、管網(wǎng)投資，有效解決“鄰避”難題。
 
　　王凱軍表示，中國的城市發(fā)展與國際走上了不同的路，我國的污水處理的發(fā)展，也順應時(shí)代，走出獨具中國特色的道路。而地下污水廠(chǎng)，正是順應了時(shí)代發(fā)展的潮流。
 
　　行業(yè)百年之大變局的機遇
 
　　王凱軍表示，大約在15年前，基于膜濃縮技術(shù)面向未來(lái)的工藝開(kāi)發(fā)，瓦赫寧根大學(xué)環(huán)境技術(shù)系的Rulkens教授提出膜濃縮的概念，認為污水處理完全用膜技術(shù)就可以處理。
 
　　王凱軍團隊在過(guò)去的十年中，對膜濃縮進(jìn)行了深入研究，在膜濃縮領(lǐng)域發(fā)表中英文期刊論文30余篇，目前是全世界范圍在這一領(lǐng)域的領(lǐng)導者。
 
　　王凱軍團隊自主研發(fā)的碳源膜濃縮反應器，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)性驗證實(shí)驗結果與前期小試結果基本吻合，膜濃縮反應器能夠實(shí)現較穩定的污水濃縮效果(85%以上)，并且出水水質(zhì)非常好，僅從COD指標看達到了一級A的要求。

      王凱軍指出，碳源膜濃縮反應器工藝的突破性進(jìn)展，給行業(yè)帶來(lái)了三點(diǎn)重大變化：
 
　　變化一：改變了能量流和物質(zhì)流方向。超過(guò)90%的碳源被濃縮，轉化成污泥。
 
　　由于能量流的變化，活性污泥工藝在100%的COD中，有40%變成了污泥，厭氧消化最高到40%，因此只有16%變成了沼氣等能源。
 
　　而濃縮膜工藝，在100%的COD中，有90%轉化成污泥，可以降解率達到60%，從而54%的COD能轉變成甲烷，可回收的能量差大于三倍以上。

        變化二：存在能源自給率和發(fā)酵新途徑的變化, 在能源自給方向上，需要探索一些新的內容。
 
　　變化三：帶來(lái)了低濃度氨氮處理的技術(shù)需求。

      未來(lái)V1.0版：厭氧氨氧化(ANAMMOX)
 
　　厭氧氨氧化(ANAMMOX)是傳統污水處理顛覆性理論,可以實(shí)現碳平衡和能量自給，厭氧氨氧化(ANAMMOX)顛覆了傳統脫氮過(guò)程理論，分別減少能耗和碳源消耗(-40%)，給污水處理行業(yè)提供了無(wú)限的可能。目前，全世界范圍內都在對厭氧氨氧化(ANAMMOX)進(jìn)行中試，準備生產(chǎn)性的研究。

       未來(lái)V2.0版：新型短流程雙膜工藝
 
　　目前王凱軍團隊基于MBR改進(jìn)的雙膜工藝，正在研究一種新型短流程雙膜工藝，連接反滲透膜之后，使COD達到5以下，達到70%、80%的氨氮的處理率，出水達到了新生水水質(zhì)。

      未來(lái)V3.0版：MCDI電吸附&離子交換
 
　　同時(shí)，正在自主研發(fā)的MCDI電吸附&離子交換技術(shù)也已經(jīng)進(jìn)入到中試階段，這些技術(shù)的革新，確實(shí)給處在百年未有之大變局的水行業(yè)帶來(lái)了更多可能性。
 
　　基于膜濃縮技術(shù)面向未來(lái)的工藝開(kāi)發(fā)
 
　　在氨氮實(shí)現濃縮以后，固體氧化物燃料電池(SOFC)成為了成熟的技術(shù)。氨氮提供了新的能源，這是減排另外一個(gè)重要途徑。

       在發(fā)言最后，王凱軍引用了馬云的名言：“絕大部分人，是因為看見(jiàn)而相信，只有很少的一部分人是因為相信而看見(jiàn)”，他表示，“目前，澳大利亞計劃每年生產(chǎn)1000萬(wàn)噸氨，向日本出口，日本已經(jīng)制定計劃，到2050年使用3000萬(wàn)噸可再生氨，減少傳統發(fā)電廠(chǎng)和日本航運的排放，這些趨勢確實(shí)給我們提供了一個(gè)百年未有的大變局，節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)應該是下一個(gè)‘無(wú)碳’燃料的氨經(jīng)濟技術(shù)的主角。”
 
　　原標題：王凱軍：環(huán)保產(chǎn)業(yè)是下一個(gè)“無(wú)碳”燃料技術(shù)的主角