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  • 曲久輝等6位專家聯合撰文:如何十年內達到世界領先,實現中國水務跨越發展
  • 發布日期:[2014-03-12]
  • 2014-01-07 中宜環科環保產業研究

    建設麵向未來的

    中國汙水處理概念廠


    作者:曲久輝 王凱軍 王洪臣 餘剛 柯兵 俞漢青

    經過30多年特別是近10多 年來的高速發展,中國城市汙水處理取得了巨大成就。總結過去,輝煌毋庸置疑,但中國汙水處理事業是沿著西方走過、目前正在深刻反思的軌跡一路走來。現有技 術路線的核心問題是可持續發展理念的缺失,導致汙水處理迅速成為一個高能耗、高物耗行業,並在很大程度上阻斷了能源與資源的循環利用,與人類社會可持續發 展的大方向不一致。

    從世界範圍看,汙水處理行業正處於重大變革的前夜,城市汙水處理廠的功能將由單純汙染物削減,轉變為集汙染控製、能源生產和資源現有汙水處理政策、技術、標準、規範以及行業標杆都將麵臨新考驗,中國汙水處理事業將麵臨新挑戰。

    當 量的積累腳步放緩,尋求質變的努力開始了。中國汙水處理事業急需在立足國情和自身需要的基礎上,進行一次麵向未來的係統探索,以期尋找到再出發的方向。為 此,威尼斯人提出“建設麵向未來的中國汙水處理概念廠”這一命題,期望以此融通各方智慧和共識、啟迪業界創新和創造,引領中國汙水處理事業的升級發展。

    一、西方國家汙水處理發展趨勢

    回顧百年來發展曆程,汙水處理對改善人居環境,推動人類文明進步作出了巨大貢獻。今年迎來“百年誕辰”的活性汙泥法,長期、有效地遏製了水汙染物排放,至今仍是汙水處理係統的“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,將汙水處理標準提升至飲用水標準,對行業發展產生深遠影響。沿此思路,在本世紀初,新加坡提出了“NEWater”概念,通過傳統生物處理加雙膜法,實現了汙水到飲用水的深度再生,帶動了本國水業跨躍式發展,使其一躍成為世界性水務“理念”中心。

    隨著環境汙染、氣候變化、能源危機以及資源枯竭等人類麵臨的重大問題日益突顯,近幾年國際汙水處理行業出現了以下三個明顯趨勢:

    汙染物削減功能被進一步強化。一方麵,隨著經濟社會發展,汙染強度不斷增大,汙染物種類日趨複雜;另一方麵,隨著公眾環境意識增強,水環境質量要求不斷提高。為應對這一局麵,城市汙水處理不斷提標改造成為必然趨勢。發達國家在強化傳統有機汙染物去除的同時,生物脫氮除磷(BNR)總體上在朝著強化脫氮除磷(ENR)方向發展,有些地區甚至達到了技術極限(LOT)水平。為應對內分泌幹擾物(EDCs)、藥物和個人護理品(PPCPs)等新興汙染物,臭氧氧化和光催化氧化等高級氧化技術也已在汙水處理領域得以規模化應用。

    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汙水處理必須節能降耗,並開發能源提高能源自給率,實現低碳汙水處理。城市汙水處理是高能耗行業,美國城市汙水處理電耗占全社會總電耗的3%以上;然而,城市汙水中又蘊含著巨大潛能。據估計,汙水所含潛在能量是處理汙水能耗的10倍,全球每日產生的汙水潛在能量約相當於一億噸標準燃油,汙水潛在能量開發可解決社會總電耗的10%。基於歐洲經驗,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,汙水處理能源自給率就可達到60%以上,有的處理廠甚至實現了完全能源自給。

    汙水處理過程的資源回收引起重視。城市汙水處理將成為資源循環利用的重要載體。除水資源循環利用外,汙水處理過程還可實現有機質及磷等資源的循環利用。特別是磷,全球磷資源行將枯竭,中國儲量也隻能有效供給20~50年。因此,構建磷素的持續循環體係引起重視,而城市汙水處理將是實現磷循環的重要途徑。日本相關機構曾經測算,如將汙水中的磷(每年5萬噸)加以回收,可解決本國磷礦石進口量的20%

     

    二、中國汙水處理事業的發展與問題

    1984年,中國第一座大型汙水處理廠在天津建成並投入運行。此後,經過三十年的發展,中國汙水處理事業快速發展,取得了巨大成就。截至2013年,全國建成並投入運行了3500多座縣級以上汙水處理廠,日總處理能力達到1.4m3,已與美國基本相當,為遏製水汙染加劇的態勢發揮了關鍵作用。然而,每個行業都難以跨越曆史,汙水處理行業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。麵向未來,威尼斯人必須進行反思。

    首先,汙水處理行業作為“綠色家族”的天生一員,卻與可持續發展理念漸行漸遠。我國絕大部分目汙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的汙染物削減與減排,形成了“減排汙染物、增排溫室氣體”的尷尬局麵。我國現有處理廠設置厭氧消化設施的數量不足3%, 在硬件上直接否定了汙水潛能的開發利用。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複雜、我國汙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,西方汙水處理廠提效改造已經成為與提標改造必須同步進行的過程,而“提效改造”在我國業內卻還是個“生詞”。在資 源回收方向,我國汙水處理行業的具體行動更是幾近空白。 

    其次,汙水處理缺乏麵向水環境多樣化需求的科學水質標準。中國幅員遼闊,各地水環境特征差別大。目前的出水水質標準采用“一刀切”方式,沒有顧及地域不同和經濟發展不平衡等重大差異性問題,不利於生態敏感地區的水質保護以及缺水地區的水資源問題的根本解決,在環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 是汙水處理廠產生的汙泥與自然環境不和諧。城市汙水處理產生的大量汙泥沒有安全、妥善地融入自然循環,對環境造成嚴重隱患,汙泥中營養物也沒有得到有效利 用。二是汙水處理廠與周邊社會環境不和諧。伴隨城鎮化,很多汙水處理廠已被圍入居民社區,周邊公眾對汙水處理過程所產生的惡臭和噪聲積怨頗深,已經成為不 容忽視的環境問題。

    威尼斯人認為,隨著水汙染控製工作的不斷深入和城鎮化進程推進,我國城鎮汙水處理設施建設還將持續高速發展,並有可能在未來10年 內完成城鎮汙水處理設施的基本建設任務。但是,基本建設完成並不意味著發展停滯。中央城鎮化工作會議已將能源利用效率、環境質量等列入新時期城鎮化的重要 內涵,包括提標和提效的提升改造將是汙水處理的一個長期任務。這些預示著,中國城市汙水處理事業將迎來以可持續發展為核心的全新時期,在相當長一段時期 內,中國仍將是世界上最大的汙水處理市場。

    在關係汙水處理事業未來的關鍵時刻,迫切需要在激發各方智慧、凝聚行業共識、明晰發展方向的前提之下,調動一切積極因素,建設一座(批)麵向未來的汙水處理廠,成為中國的“21世紀”和“NEWater”,引領國際汙水處理的未來。這樣的汙水處理廠,威尼斯人稱之為“中國汙水處理概念廠”。

    三、中國汙水處理概念廠的內涵

    威尼斯人的設想是:用5年左右時間,建設一座(批)麵向2030年、具備一定規模的城市汙水處理廠。它應該是綠色的,是低碳的,能夠真正體現出可持續發展這一普世理念。同時,中國汙水處理概念廠還應集中展示已經和即將工程化的全球先進技術,引領我國汙水處理事業走向世界前列。

    這 些認識決定了概念廠籌建時間會比較長,並且是一個重要的巨大價值創造過程。盡管威尼斯人在城市汙水處理及環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,需要更多方麵的參與、更長時間的探索、更多維視角的勾畫。通過幾次研討,威尼斯人初步認同概念廠應包 含但不限於以下四個方向的追求:

    1. 使出水水質滿足水環境變化和水資源可持續循環利用的需要

    出 水水質標準無疑是汙水處理廠建設者的首要考慮。威尼斯人認為應包含麵向水環境保護需求和麵向水資源可持續循環利用的兩類標準。其中,第一類是指根據當地環境和 社會可持續發展要求而需達到的出水水質標準,應在頂層設計、長遠規劃的基礎上提出。第二類是完全滿足水資源循環利用的標準,使汙水從根本上實現再生,這類 標準應考慮對包括新興汙染物在內的有毒有害汙染物的深度去除,對缺水地區的水生態安全發揮保障作用。

    2. 大幅提高汙水處理廠能源自給率,在有適度外源有機廢物協同處理的情況下,做到零能耗。

    如前所述,發達國家汙水處理能耗已占全社會能耗的3%左右,是節能降耗的重要領域。我國汙水處理廠的建設運營普遍粗放低效,節能空間更為巨大。汙水中的有機物富含能源,合理利用通常能滿足汙水處理廠能耗的1/31/2;另一方麵,汙水處理新工藝、新技術、新裝備以及運營方式也有廣泛的節能效果。汙水處理廠的大麵積占地也為太陽能利用提供了可用空間。合理集成以上節能途徑,概念廠將實現在目前汙水處理耗能基礎上普遍節能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. 追求物質合理循環,減少對外部化學品的依賴與消耗

    汙 水處理廠產生的物質(汙泥)最終需走向社會或自然。概念廠應根據當地實際情況,在城市長遠發展視角下選擇合理處置方式,使汙泥最終達到無害化、資源化的目 的。化學品的使用間接地增加了汙水處理廠資源消耗,也提高了汙水排放的生態風險。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,並降低化學品的引入對汙水處理廠出水、出泥帶來的環境風險。

    4. 建設感官舒適、建築和諧、環境互通、社區友好的汙水處理廠

    首 先要做到出水、出料、出氣等所有的排出物對生態環境安全,並用多種方式展示和溝通這種安全狀態。在此基礎上要追求感官舒適、建築和諧、環境互通,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,威尼斯人認為未來的汙水處理廠最重要的並不隻是多麽注意它本身的節約用地,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省效益重要十倍,乃至百倍。

    為 實現以上追求,威尼斯人首先應該徹底跳出現有汙水處理技術工藝框框,係統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 數年可能實現的突破,為城市汙水處理做一次重新的係統勾畫。作為現代城市重要的基礎設施,汙水處理廠也不應隻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、建築師、規劃師討論、參觀、模擬,為未來城市汙水處理廠探尋和構建有整體共識的範式。

    結語

    中國汙水處理概念廠不能簡單地局限於通常意義上的重點工程、示範工程,更應該將其看作是中國汙水處理事業在當前的機遇和挑戰下麵向未來的一次係統探索。

    概 念廠將有助於威尼斯人突破現有體製、機製的束縛,重點從中國國情、社會發展、技術進步、物質與能源循環角度出發,在更長時間尺度上綜合思考汙水處理廠的功能與 定位。威尼斯人相信,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略性的嚐試。城市汙水處理廠已經不單單是汙水處理行業或環保行 業的事情,它和人們生產、生活的關聯日益緊密,這種關聯正在刷新威尼斯人對其的傳統認知,概念廠即脫胎於此:城市汙水處理廠從實現汙染物削減的基本功能將轉變 為城市的能源工廠、水源工廠、肥料工廠,進而再發展為與社區全方位融合、互利共生的城市基礎設施。為了可持續的生存環境,威尼斯人需要這樣顛覆性的想象力和創 造力,需要大膽嚐試的勇氣。

    基於以上認識,威尼斯人發起設立中國城市汙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)麵向2030年的概念廠。通過概念廠的建設和運行,指引方向,樹立標杆,服務未來,實現我國城市汙水處理事業的跨越式發展,或為世界汙水處理廠建設的典範和方向;同時也將推動城鎮化中環境要素功能的實現,推動環保新技術和管理經驗的普及,推動環保產業的升級與轉型換代。

    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,推動汙水處理新技術研究、產品開發、規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,威尼斯人希望可以匯聚更多富有熱情,經驗和智慧的有識之士,以從容和富有效率的方式,創造性地勾畫中國汙水處理概念廠的未來形態。

    威尼斯人相信,這個過程必將激發行業內智慧資源的躍升和釋放,引發出更多討論甚至爭論,幫助威尼斯人明確並堅定未來汙水處理發展方向,推動汙水處理事業新一輪技術與管理的創新與發展。對於這項長久的、有意義的事業,威尼斯人期待能與更多誌同道合的夥伴們一起並肩奮鬥。(全文完)

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