記者近日獲悉,6位環(huán)境領域知名專家發(fā)起設立中國污水處理概念廠專家委員會。設想用5年左右時間,建設一座(批)面向2030~2040年、具備一定規(guī)模的城市污水處理廠。

這6位專家是:中國工程院院士、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員曲久輝,清華大學環(huán)境學院副院長、教授王凱軍,中國人民大學環(huán)境學院副院長、教授王洪臣,清華大學環(huán)境學院教授余剛,中國21世紀議程管理中心副主任柯兵、中國科學技術大學化學學院教授俞漢青。

我們特別約請他們聯(lián)合撰文,系統(tǒng)闡釋他們對中國污水處理事業(yè)的梳理、思考,對以“概念廠”為藍本的污水處理未來發(fā)展提出設想與展望。在接下來,我們也將密切關注他們開展的相關工作。

我們相信,這將是一次激發(fā)智慧、創(chuàng)造價值的旅程,也必將充滿爭議和質疑。希望產(chǎn)業(yè)周刊能作為一個平臺,吸引各方參與到這場關于中國污水處理發(fā)展方向的大討論中,共同推動污水處理事業(yè)新一輪技術與管理的創(chuàng)新與發(fā)展。

專家認為——

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

近兩年,發(fā)達國家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)內卻還是個“生詞”

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,中國仍將是世界上較大的污水處理市場

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)在當前機遇和挑戰(zhàn)下面向未來的一次系統(tǒng)探索

作為現(xiàn)代城市重要的基礎設施,污水處理廠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、公眾、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

城市污水處理廠從實現(xiàn)污染物削減的基本功能將轉變?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

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。回望過去,輝煌毋庸置疑,但一路走來,中國污水處理事業(yè)也不乏遺憾和隱患。從頂層設計到具體實踐中可持續(xù)發(fā)展理念的缺位,導致行業(yè)的短視、粗放、混亂,甚至劣質,與經(jīng)濟、社會對污水處理可持續(xù)發(fā)展的需求相比,已經(jīng)呈現(xiàn)了多種不適應,未來挑戰(zhàn)依然嚴峻。

從世界范圍看,污水處理正處于重大變革的前夜,城市污水處理廠將由單純污染物削減,轉變?yōu)橘Y源、能源工廠,相關政策、標準、技術、實踐等正在廣泛而深刻地變革。而這些,正是中國污水處理未來發(fā)展必須重視的新方向。

當量的積累腳步放緩,尋求質變的努力開始了。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,希望以此融通各方智慧和共識、啟迪創(chuàng)新和創(chuàng)造,引領中國污水處理事業(yè)的升級發(fā)展。

發(fā)展趨勢

污水處理功能變化明顯

污染物削減功能被進一步強化,低碳處理和能源開發(fā),資源回收引起重視。在污水處理廠新功能需求下,相關污水處理技術也將面臨新變革

回顧百年來發(fā)展歷程,污水處理對改善人居環(huán)境,推動人類文明進步做出了巨大貢獻。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,即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,新加坡開發(fā)了“NEWater”工藝,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回用,帶動本國水業(yè)跨躍式發(fā)展,使其一躍成為世界性水務“新概念”中心,污水處理廠的內涵也得到了進一步擴展。

當今世界,隨著環(huán)境污染、氣候變化、能源危機以及資源枯竭等多重重大問題日益凸顯,近幾年,國際污水處理行業(yè)出現(xiàn)了以下3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)境質量要求不斷提高。為此,一些發(fā)達國家的污水處理廠正在由生物脫氮除磷(BNR)向強化脫氮除磷(ENR)方向發(fā)展,有些甚至達到了技術極限(LOT)水平。同時,一些深度處理,乃至超深度處理(高級氧化、反滲透技術等)技術也被應用,以達到對環(huán)境內分泌干擾物、藥物和個人護理品等新興污染物的去除,滿足更加健康安全的水環(huán)境質量需求。

低碳處理和能源開發(fā)。氣候變化問題和能源危機要求城市污水處理實現(xiàn)低碳化,在處理過程中實現(xiàn)節(jié)能降耗,提高能源自給率。

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;同時,城市污水中潛在能量巨大,有待開發(fā)。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1億噸標準燃油,污水潛在能量開發(fā)可解決社會總電耗的10%。而基于歐洲經(jīng)驗,在提標改造的基礎上,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,有的污水處理廠甚至實現(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)體系應引起重視,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%。

在污水處理廠新功能需求下,相關污水處理技術也將面臨新變革。目前主要有:污水深度和超深度處理技術,包括營養(yǎng)物深度去除技術、新興污染物去除技術和高品質再生水超深度集成處理技術;低碳污水處理技術,包括節(jié)能降耗運行優(yōu)化與高效控制技術以及節(jié)能降耗新設備的應用;污水處理能源開發(fā)技術,包括污水能源與污泥能源開發(fā)技術;污水處理資源回收技術,具體包括PHA生物塑料回收技術和磷回收技術。

發(fā)展與問題

基本建設完成不等于發(fā)展停滯

超常規(guī)發(fā)展的中國污水處理事業(yè),面臨著亟待解決以往問題和適應未來發(fā)展的迫切需求,將迎來以可持續(xù)發(fā)展為核心的全新時期

1984年,知名座大型城市污水處理廠在天津建成并投入運行。此后的30年來,中國城市污水處理事業(yè)快速發(fā)展,取得了巨大成就。截至2013年,我國已經(jīng)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)取得巨大成就的同時也同樣隱存著短視、粗放乃至劣質。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)有污水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,發(fā)達國家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。如前所述,歐美發(fā)達國家已針對各自國情,就再生水回用、污水生物質能回用、氮磷回收等領域展開各有側重的研究,圍繞污水處理技術的可持續(xù)發(fā)展,我國目前還缺乏足夠重視、深入思考和討論。

其次,在城市污水處理發(fā)展過程中,缺乏滿足社會、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的水質標準。

中國幅員遼闊,自然環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展背景千差萬別。但當前的污水排放標準對自然環(huán)境差異性、技術可達性、經(jīng)濟可行性不夠重視,對污水處理發(fā)展方向指向不明。采用簡單“一刀切”的方法處理地域不同和經(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分量。

第三,在實踐中,缺乏對人與自然和諧共處的思考與追求。

主要表現(xiàn)在以下方面: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城市社區(qū),周邊公眾對污水處理過程所產(chǎn)生的惡臭和噪聲等積怨頗深、投訴甚多,已經(jīng)成為當前國內不容忽視的環(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。

如前所述,已經(jīng)建成的污水處理設施距離社會可持續(xù)發(fā)展要求還有較大差距,提升改造將是一個比建設更加長久也更加關鍵的任務。同時,中國新型城鎮(zhèn)化的大幕業(yè)已拉開,逾1億農村人口將進入城市生活。中央城鎮(zhèn)化工作會議已將能源利用效率、環(huán)境質量等作為新時期城鎮(zhèn)化內涵。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,中國仍將是世界上較大的污水處理市場。

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