01 王洪臣-未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢.pdf
王洪臣——未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢
“開發(fā)能源”則要從污水能源開發(fā)技術、污泥能源開發(fā)技術、熱泵技術展開進一步研發(fā)。王洪臣強調，污水能源開發(fā)需要做認真的評估，污泥預處理技術的發(fā)展?jié)摿κ欠浅４蟮模缥勰喈a乙醇、產氫、產甲烷等。
“資源回收”方面需要注意磷回收技術、銨回收技術（ARP）、有機物回收技術（PHA）等。人民大學環(huán)境學院副院長王洪臣針對城市污水處理的技術需求和發(fā)展趨勢做精彩發(fā)言，提出技術發(fā)展的四大方向——“提升水質、低碳處理、開發(fā)能源、回收資源”。
人民大學環(huán)境學院副院長王洪臣主題發(fā)言
“提升水質”方面，王洪臣認為，需要進一步研發(fā)污水深度處理和超深度的處理技術，尤其是營養(yǎng)物的去除技術、新興污染物的去除技術及超深度再生技術。他介紹，西方國家已經全面進入到污水深度處理階段，并已開始超深度處理，北美地區(qū)基本以過濾為主流工藝，再做后續(xù)的技術開發(fā)，其深度除磷技術目前已較為成熟，成功應用于規(guī)模十幾萬噸的污水處理廠中。
“低碳處理”領域，應加強可持續(xù)新工藝的開發(fā)和高效控制技術、節(jié)能降耗設備的研發(fā)，具體來看，包括精確曝氣控制技術、污泥脫水加藥控制技術等。王洪臣表示，作為可持續(xù)污水處理工藝的代表，厭氧處理在縮短反應時間、減少耗損等方面的研究一直在持續(xù)，同時他認為，厭氧膜反應器的未來使用量將超過好氧的反應器。
“開發(fā)能源”則要從污水能源開發(fā)技術、污泥能源開發(fā)技術、熱泵技術展開進一步研發(fā)。王洪臣強調，污水能源開發(fā)需要做認真的評估，污泥預處理技術的發(fā)展?jié)摿κ欠浅４蟮模缥勰喈a乙醇、產氫、產甲烷等。
“資源回收”方面需要注意磷回收技術、銨回收技術（ARP）、有機物回收技術（PHA）等。
每個項目的實際情況千差萬別，遇到的問題也各有不同，王洪臣說，“以提高水質、低碳處理、開發(fā)能源、回收資源為目標，是一個基本的前提。在不同的發(fā)展階段，需要以哪個目標為側重點還需要大量的研究，國家的規(guī)劃尤其是超前規(guī)劃更是展開研究、發(fā)展技術的基本前提和重要指引。”
每個項目的實際情況千差萬別，遇到的問題也各有不同，王洪臣說，“以提高水質、低碳處理、開發(fā)能源、回收資源為目標，是一個基本的前提。在不同的發(fā)展階段，需要以哪個目標為側重點
中國污水處理事業(yè)已經到了一個新的轉捩點，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�？偨Y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，轉變?yōu)榧廴究刂啤⒛茉瓷a和資源現有污水處理政策、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)體系引起重視，而城市污水處理將是實現磷循環(huán)的重要途徑。日本相關機構曾經測算，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。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，西方污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(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。
其次，污水處理缺乏面向水環(huán)境多樣化需求的科學水質標準。中國幅員遼闊，各地水環(huán)境特征差別大。目前的出水水質標準采用“一刀切”方式，沒有顧及地域不同和經濟發(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。一是污水處理廠產生的污泥與自然環(huán)境不和諧。城市污水處理產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生的惡臭和噪聲積怨頗深，已經成為不容忽視的環(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)境質量等列入新時期城鎮(zhèn)化的重要內涵，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，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，第一類是指根據當地環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展要求而需達到的出水水質標準，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再生，這類標準應考慮對包括新興污染物在內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
污水處理廠產生的物質（污泥）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(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。化學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。
為實現以上追求，我們首先應該徹底跳出現有污水處理技術工藝框框，系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，為城市污水處理做一次重新的系統勾畫。作為現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探索。
概念廠將有助于我們突破現有體制、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、生活的關聯日益緊密，這種關聯正在刷新我們對其的傳統認知，概念廠即脫胎于此：城市污水處理廠從實現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。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，推動環(huán)保新技術和管理經驗的普及，推動環(huán)保產業(yè)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(yè)，推動污水處理新技術研究、產品開發(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。
污水處理達到一級A出水標準之后，水質仍然比較差，一級A的出水仍然不能滿足環(huán)境的需要。另外，從水量的平衡來看，我國需要對1000億噸的污水進行深度處理，繼續(xù)回用。
首先，在二十幾年以前，主要的精力用于建設排水管網，排水管網建設成功之后，基本上能夠解決很多公共衛(wèi)生的問題。緊接著一些地區(qū)建設了一批一級處理廠，一級處理廠本質的功能主要就是清除淤泥；80年代中期之后，很多地區(qū)開始了以活性污泥工藝為主的二級處理設施的全面建設，二級處理的作用可以治理黑臭；90年代中期之后，應該說我們國家從科研、研究、設計、運營，比較大規(guī)模得進入到污水處理的脫氮除磷的階段。具體從脫氮除磷來看，隨著對系統的要求，也有幾個系統的方面。第一個是以96年的標準為標志，明確提出來污水處理廠要升級，緊接著2002年的標準，也就是GB 18918的2002標準，明確提出來一級A和一級B，這時候明確了氨氮、磷都要做去除的工作。在三四年以前，2002標準開始發(fā)布之后，絕大部分新建的污水處理廠普遍執(zhí)行的是一級B。在2006年，當時的國家環(huán)保總局對2002年的標準（GB 18918-2002）發(fā)布了一個修改，里面有一句很關鍵的話：城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入國家和省確定的重點流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域時，執(zhí)行一級標準的A標準。
通過這幾個歷史階段簡單提出幾個問題來：現在的目標，我們有一個基本的共識，就是污水處理率應該達到百分之百，雖然很難達到絕對的百分之百，但是我們規(guī)劃、建設都在照百分之百的處理去做。出水的水質目前最高標準是執(zhí)行2002標準的一級A。同時，在缺水地區(qū)的出水，部分再生利用，開始執(zhí)行市政雜用或景觀環(huán)境用水標準。
現在簡單分析一下，我們的城市污水處理從脫氮除磷再迅速到一級A，我們能不能滿足現實的需要。達到一級A之后，是不是就是污水處理以及再生水行業(yè)工作者，最終要實現的目標。回答這個問題，做一些討論，對于我們設施、設備的規(guī)劃、建設，以及政府的監(jiān)管，它的客觀意義都是比較大的。
首先，基于水質的分析來看，達到一級A出水標準之后，水質仍然比較差，一級A的出水仍然不能滿足環(huán)境的需要。
第一個問題，到了一級A之后，COD仍然是50毫克/升，COD（50）中仍有大量污染物進入環(huán)境，且多為污染強度大的難降解物質，對下游水源可造成本質影響，對環(huán)境潛在的污染和影響還是比較大。再一個，從封閉半封閉的水體來看，我們一級A的標準，總氮仍然是15，磷是0.5，這么高的氮和磷造成景觀水體的富營養(yǎng)化。再一個，從再生水來看，我們景觀環(huán)境用水也好，市政雜用水也好，普遍的水質標準比較低。另外，氨氮（5）等物質影響工業(yè)冷卻使用。再一個，從色度（30）、臭味、濁度等感官指標來看，我們再生水的水質也不能滿足實際的需要。即便是經超濾膜過濾后的水質色度仍然在30左右，30左右的色度，稍微一停留，一注意，認真一看，那么不能滿足再生水的需要。所以，第一點從基于水質的要求來看，我們即便達到了一級A仍然還有許多工作要做。
從水量的分析來看，我們覺得問題還要大。先簡單回顧幾個數：第一個是中國的水資源總量25000億立方米，和美國基本接近，排世界的第六位。從云氣資源的一般規(guī)律來看，如果沒有大的變化，這個數不會有太大的變化。但是，我們人均水資源不到2000立方米，世界第121位。中國可用水資源總量為8000—9500億立方米，由于氣候變暖的影響，極端降雨天氣明顯增加、可利用水資源在減少。2006年全國用水總量是5795億噸，世界第一，利用率已達到70%。所以，咱們國家來水雖多，存下的卻在減少，人多、業(yè)大、用量大、且越來越大。
從未來發(fā)展趨勢看，據中國工程院一個院士牽頭的一個研究團隊預計2025年中國人口將達到16億，用水量將達到800億噸，接近所有可用水資源。從糧食的安全水平看，養(yǎng)活16億人口至少有7億噸糧食。如果照現在的灌溉效率來看，要生產出7億噸糧食，如果灌溉效益不提高，需要增加2000億方的農業(yè)灌溉用水，這個水顯然是沒有，需要投入2萬億提高灌溉效率，保證糧食安全。這2萬億如果放到我們的污水處理里，放到再生水中，咱們提出了一個關鍵性的戰(zhàn)略措施，在全國進行節(jié)水型社會的建立，還要對每個城市進行認證。
再望下看，當用水量接近可用水量的時候，為了生存會毫不猶豫把所有的水取過來用了，這樣回避不了的后果就是生態(tài)環(huán)境用水量將為零。事實上分析這個情況，基于全國的數據來分析看，華北地區(qū)、西北地區(qū)已經出現這種情況，繼續(xù)往南看，往北看，處于這種狀態(tài)的城市越來越多。
剛才從水質來看，從水量來看，我們分析，我們現在的一級A仍然不能滿足需要。我們從水量的平衡來看，需要1000億噸的污水進行深度的處理，繼續(xù)回用。
基于這兩點分析，我們就先提出需求。關于水污染的順口溜比較多，一個通常的說“50年代淘米洗菜，60年代洗衣灌溉，70年代水質變壞，80年代魚蝦絕代，90年代人畜受害。”比如滇池的一些資料。50年代的時候，滇池的水是比較好的，水質達到了地表水二類標準，到了70年代，仍然處于地表水的三代，80年代開始污染，90年代惡化。我們經常想起一句話，“一條大河波浪寬，風吹稻花香兩岸”，現在照這句話找那個河，沒了。
所以，我們現在的需求首先來說是需不需要回到五六十年代的水質，可能我們不僅需要那個時候的水質，也需要那個時候的水量。首先，我們的需求開始有了。如果有，很簡單，我們應該毫不猶豫地把上千億噸水做徹底深度的處理。從現在的需求來看，處理的深度，主要的水質指標應該是COD20—25，COD從40、50降到25，包含了去除了很多很多的對于未來生態(tài)污染很大的污染物。從滿足需求來看，氨氮應該是1，總磷不應該是現在的1.5，還需要低，從總氮來看是5，色度即便是再生水都是在30左右，真正細看比較好的水，色度應該在10，濁度以及衛(wèi)生學指標應該是要求比較嚴。
我們的污水處理工作者完成了這個任務之后，無論從水質和水量將從根本上扭轉中國的水環(huán)境惡化的局面，緩解水資源緊缺的矛盾。也就是說，我們這個行業(yè)對實現我們國家可持續(xù)發(fā)展做出的貢獻是巨大的。把上千億噸污水完全達到標準的水質，初步測算在6000億人民幣左右。北京年污水量達到了10億噸，我們測算一下把這10億噸處理完大概需要投資40到50億。
全國是這樣一個情況，那么對對海河、黃河、淮河、遼河，西北諸河流域以及其他高度缺水地區(qū)，進行簡單水資源平衡，會發(fā)現，規(guī)劃的時候不應該是簡單的一級A，應當全面地提高。這應該是這些地區(qū)現在的污水處理及再生的目標。
如果把這一千億噸污水處理到剛才的水質，有哪些技術需要做？現在簡單的討論一下技術路線。
現在正在爭論的熱點就是用生態(tài)處理，尤其是污水處理廠處理完了以后，是用生態(tài)處理方法，還是繼續(xù)上臭氧，上曝氣生物濾池？用更深入的方法？目前對這個問題爭論比較大。從污染的角度看，這個問題回答起來比較好，以濕地和穩(wěn)定塘為代表的生態(tài)處理工藝，本質上是讓部分污染物進入了環(huán)境，“地”和“塘” 都是環(huán)境，尾水中的污染物恰好是高污染強度的難降解物質。而人工處理工藝是以“池”或“器”為代表，證明在人工的狀態(tài)下做，不會讓污染物進入到環(huán)境之中。所以說，對于現在污染物種類越來越多，污染強度越來越大的強度下，不適合占大量的土地搞生態(tài)處理。這是技術路線的第一個方面。
技術路線的第二個方面，水質指標要加到一起，現在有規(guī)定的可能達到300多項。這300多項水質指標抓重點是很關鍵的，我們覺得大概可以分成六個方面：一是感官指標；二是有機污染指標；三是無機營養(yǎng)指標；四類是生物安全性指標；五類是生態(tài)安全性指標；六是特殊用途指標。這些指標相互關聯比較多，有的處理設施在建設的過程當中，把90%的投資和精力都用到去提高脫氮除磷上，現在需要討論一個，所有這些指標之中，重中之重，排在絕對第一位的仍然是COD。我們細看，如果濁度和色度比較高，仍然是COD指標比較高，如果我們生物安全有問題，其它也是跟COD高度相關的，我們很多生態(tài)安全性指標，都會跟COD有關。雖然國家的排放標準全面去做，但是在選擇的時候，應該高度重視COD。其實在一級A的達標過程當中，我們一般的工藝技術路線使COD低于50毫克/升是一項很簡單的事情，但是COD低于50毫克/升，通過分析，很多的生態(tài)安全指標，很多其它的污染指標仍然大量存在。
再望下說，可行的技術。現在面臨的新任務來看，我們永遠不能忘記用了上百年的活性污泥，以活性污泥為核心的技術，仍然承擔著90%以上的污染物去除，包括重金屬在內，這是一項基礎的工作。在這個工作之上，我們再進行強化污水處理，并且采取有效的措施進行精細處理，從而大幅度提高水質。
技術路線的第二部分，是可行的深度處理技術�，F在各種各樣的深度處理技術比較多，我們從時間來看，滿足高水質來看，用砂濾仍然是一個很好的選擇，微濾、超濾也行。為什么高度宣揚臭氧技術？它能最有效的降低COD，從而解決消毒、氧化、除臭一系列的問題。臭氧配合后面的生物處理，可使水質有很大提高，包括生物安全性等，那么，臭氧技術的成熟度也已經是非常高了。
最后一點，前面的污水處理過程需要做強化的工作，后面的深度處理需要做技術的優(yōu)化、選擇。有些工藝、技術，把兩個任務，一個粗，一個精合到一個單元去做，恐怕不是最優(yōu)的選擇，所以還是建議一定要分成粗和細兩個階段去做。
建設面向未來的中國污水處理概念廠
編者按
本刊近日獨家獲悉，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合撰文，系統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，中國仍將是世界上最大的污水處理市場
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探索
作為現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�；赝^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，與經濟、社會對污水處理可持續(xù)發(fā)展的需求相比，已經呈現了多種不適應，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，通過傳統生物處理加雙膜法，實現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低碳化，在處理過程中實現節(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磷循環(huán)的重要途徑。日本相關機構曾經測算，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，中國第一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。我國現有污水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。
主要表現在以下方面：一是污水處理廠產生的污泥與自然環(huán)境不和諧。城市污水處理產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生的惡臭和噪聲等積怨頗深、投訴甚多，已經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。
歷史上的“概念廠”
美國21世紀水廠
從19世紀初開始，美國南加州海岸就面臨著海水入侵的威脅，為此需要向地下回灌大量高品質水。1975年，加州橙縣水管區(qū)在泉水谷建造了一座面向未來、引領行業(yè)發(fā)展的污水處理廠，命名為“21世紀水廠”。
21世紀水廠的原工藝采用石灰澄清+反滲透+紫外工藝，后來又采用了微濾+反滲透+紫外+雙氧水的技術。30多年來，21世紀水廠的反滲透技術引領了地下水回灌的發(fā)展潮流，開創(chuàng)了反滲透技術應用于污水處理的先河，在污水處理領域產生了深遠的影響。
新加坡NEWater
新加坡于1998 年開始再生水研究－NEWater工程，由新加坡公共事業(yè)局與國家環(huán)保部共同發(fā)起。NEWater水廠使用污水做源水，處理工藝主要包括多廊道3 階段凈化系統，其中包括超濾、反滲透和紫外消毒。NEWater處理廠的出水與水庫水混合，再進行常規(guī)處理后作為飲用水。
NEWater工程在國際上產生了重大的影響，開創(chuàng)了污水回用于間接飲用的新篇章，對于全球水回用的未來發(fā)展具有深遠意義。
如前所述，已經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，中國仍將是世界上最大的污水處理市場。
超常規(guī)發(fā)展的中國污水處理事業(yè)，正面臨著亟待解決以往問題和適應未來發(fā)展的迫切需求。在發(fā)展路線的重要選擇關口。我們認為，為了躍升行業(yè)智慧資源，凝聚共識，明晰方向，迫切需要學習國外先進經驗，借鑒成熟案例，效仿美國“21世紀水廠”和新加坡“NEWater水廠”，建設一座（批）面向未來的污水處理廠，我們稱之為“中國污水處理概念廠”。
概念廠內涵
踐行先進理念 滿足戰(zhàn)略要求
實現水質按需提升、能源資源充分循環(huán)、社區(qū)友好等多重目標
我們的設想是：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。它應該扎實踐行低碳綠色的國際先進理念，集中應用與展示已經和即將工程化的全球先進技術，從而能夠充分滿足中國城市可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，并期望成為國際水處理界的最新標桿。同時，概念廠還將成為國際水處理工程技術考察、觀摩學習的重要項目，標志著我國污水處理事業(yè)開始走向領先。
這些認識決定了概念廠的籌建時間會比較長，并且是一個重要的價值創(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4個方向的追求：
1.使出水水質滿足水環(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，第一類是指根據當地環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展要求而需達到的出水水質標準，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再生，這類標準應考慮對包括新興污染物在內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。當前，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。
合理集成以上方面，概念廠將實現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
污水處理廠產生的物質（污泥）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(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。化學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10倍，乃至百倍。
為實現以上追求，我們首先應該徹底跳出現有污水處理技術工藝框框，系統、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，為城市污水處理做一次重新的系統勾畫。作為現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、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。
現實意義
面向未來的一次系統探索
指引方向，樹立標桿，服務未來，推動城鎮(zhèn)化中環(huán)境要素功能的實現，推動新技術和管理經驗的普及，推動環(huán)保產業(yè)的升級與轉型換代
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探索。
概念廠將有助于我們突破現有體制、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、生活的關聯日益緊密。這種關聯正在刷新我們對其的傳統認知，概念廠即脫胎于此：城市污水處理廠從實現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。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。通過概念廠的建設和運行，指引方向，樹立標桿，服務未來，實現我國城市污水處理事業(yè)的跨越式發(fā)展；同時也將推動城鎮(zhèn)化中環(huán)境要素功能的實現，推動環(huán)保新技術和管理經驗的普及，推動環(huán)保產業(yè)的升級與轉型換代。
概念廠專家委員會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的未來形態(tài)。
我們相信，這個過程必將激發(fā)行業(yè)內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。
目前，污泥處理基本都是以活性污泥為核心的，世界上活性污泥處理法在城鎮(zhèn)的污泥處理中至少占到90%以上，如果這100周年來沒有活性污泥這一技術，那我們污水處理的現狀無法想象！王洪臣這樣說道。
人民大學環(huán)境學院副院長王洪臣在“第八屆環(huán)境技術論壇”;以百年活性污泥法的繼承和發(fā)展為題為我們講述了活性污泥發(fā)展的100年和展望的100年。他表示，活性污泥作為一個活性機制、一個回流機制，這樣一個簡單的工藝卻為人們服務了100年的時間。現有污泥處理基本都是以獲刑污泥為核心的，世界上活性污泥處理法在城鎮(zhèn)的污泥處理中至少占到90%以上，如果這100周年來沒有活性污泥這一技術那我們污水處理的現狀無法想象！
活性污泥發(fā)展的歷史
18世紀歐洲大國產生霍亂數百萬人死亡。1855年倫敦又發(fā)霍亂，當時河流的污染已經非常嚴重了。1860年英國成立英國成立了河流污染皇家委員會，1875年英國國會通過公共衛(wèi)生法，法案規(guī)定地方政府必須負責二級水污水受理。1876年頒布河流污染防治法，1898年成立了英國污水處理皇家委員會，宣告污水處理的正式開始。這一過程和我國情況非常相似，我們搞過節(jié)能行動，我們搞過節(jié)能減排，我國對水的問題一直在努力。
1912年英國由于污染需要頒布一個污泥懸浮法案，恰此時英國的兩個污泥處理專家馬特拉、曼娜的庫勒到美國參觀了一個實驗室，這個實驗室正在試驗污水的曝氣試驗。通過幾個星期的曝氣后污水就變的澄清了，回來之后兩人馬上進行曝氣試驗，兩個專家在大量試驗過程中發(fā)現把曝氣試驗沉淀物留下再進行曝氣，污水潔凈的速度大大的提高，這一發(fā)現使得污水處理由幾個星期縮短為24小時。
之后兩個人處于高度興奮的狀態(tài)，就在一個四輪的馬車上用一個木箱子做了一個污水曝氣的中間的試驗，后來又單獨設了一個沉淀的單元。后來把沉淀單元和曝氣單元聯合起來，就在四輪馬車上形成了一個到今天還在使用的傳統的活性污泥法。
1914年馬特拉和庫勒在英國皇家化學年會上宣讀了一篇叫做無需生物濾池的污泥氧化實驗，又在化工學會的會刊上連續(xù)發(fā)表了3篇文章，3篇論文系統的全面提出了關于活性污泥的各方面水質的狀況。這一年也即標志著獲刑污泥法的誕生。
活性污泥法的三個改良方向
王洪臣表示到現在為止我個人認為活性污泥有3個方向改良最為重要。一個是生物膜-活性污泥法（MBBR，IFAS），第二個是膜生物反應器（MBR），第三個就是好氧顆粒污泥（AGS）。這三個工藝就從本質上大大的提高了活性污泥的效率，但是我們必須看到他們都不是本質上的革新，他們在提高效率的同時不同程度的增加了能耗。
污泥處理替代的方向
一是厭氧膜生物反應器。厭氧可以產生能量，可進行能量回收，且不需要消耗電能。此外厭氧過程產生的污泥非常少。但可能也會存在一些問題，如占地面積會增大，膜污染清洗、氮的處理等問題，所以提出了厭氧膜生物反應器概念。
第二類處于萌芽狀態(tài)的替代技術，包括生物電化學技術（BES），微生物燃料電池（MFCs）和微生物電解電池（MECs），這些技術能量轉化率大于80%，前景比較好，但是存在問題也比較大，如出水差、成本高、反應器難以放大、能量損失大等等。
第三個替代技術是可持續(xù)營養(yǎng)物去除技術。污水處理中最難的是氮的去除。在污水處理中本可以有機物早期分離出去，之所以留下，就是為了后面用生物技術進行處理。為什么可持續(xù)營養(yǎng)物去除技術是活性污泥法的替代技術呢？因為它可以不用碳源進行脫氮。厭氧氨氧化技術，經過20多年的研究，在"高濃度氨氮"廢水處理過程中，已經趨于成熟。
活性污泥法的革新替代技術在哪里？
污水處理的主要功能是去除有機物和無機營養(yǎng)物質，前者導致水體黑臭，后者則是富營養(yǎng)化的根源。活性污泥法將50%左右的有機物分解成水和二氧化碳，另一部分合成為生物菌體，在“以能量摧毀能量”的同時，產生大量難以處理的生物污泥。因此，人們很自然地希望污水處理首先是對有機物進行厭氧產能或分離后厭氧產能，而不是好氧氧化分解與合成。如果有機物首先被分離或處理，污水中將會留下待處理的無機營養(yǎng)物質。無機磷通�？赏ㄟ^生物或化學過程實現高效去除，不存在技術障礙，問題主要集中在無機氮的去除。氨氮通常通過硝化和反硝化過程轉化為氮氣脫出，硝化過程需要大量能耗，因此人們一直在探求低能耗硝化工藝。另外，反硝化過程需要消耗大量碳源，如果有機物首先被分離，反硝化則無法進行。綜上，如果存在低能耗和低碳源需求的脫氮技術，污水處理過程將發(fā)生重大變化：采用產能的厭氧處理替代高能耗的好氧處理，首先將有機物去除并回收能量，進而再將無機氮進行低能耗去除。厭氧氨氧化現象的發(fā)現、研究以及實踐有可能讓這一設想變?yōu)楝F實。
1977年, 奧地利理論化學家Broda根據化學反應熱力學預言自然界存在以硝酸鹽或亞硝酸鹽為氧化劑的氨氧化反應途徑。20世紀80年代末，荷蘭Delft工業(yè)大學Mulder等人在生物脫氮試驗中發(fā)現了未知的氮消失現象，進一步研究發(fā)現，氨的轉化是按照Broda的預言進行的，這一現象隨后被稱之為“厭氧氨氧化”。1995年，Van de Graaf證實了厭氧氨氧化是一個生物學反應,發(fā)生該反應的微生物被稱為“厭氧氨氧化菌”。在厭氧氨氧化過程中，厭氧氨氧化菌以氨氮作為電子供體、亞硝酸鹽作為電子受體，在厭氧環(huán)境下將氨氮轉化為氮氣和少量的硝酸鹽。簡言之，厭氧氨氧化就是以亞硝酸鹽作為氧化劑在厭氧條件下將氨氧化成氮氣的生物反應。與傳統硝化/反硝化工藝相比，厭氧氨氧化曝氣能耗降低了60%、碳源減少100%、污泥量減少90%，優(yōu)勢巨大。經過近十年的研究與實踐，厭氧氨氧化技術發(fā)展迅速，采用SBR、顆粒污泥和MBBR等反應器形式，開發(fā)出了DEMON、PN/AA、ANAMMOX、ANITA Mox、DeAmmon以及RBCs等工藝，目前已建成生產性設施約100座，絕大部分運行良好�，F有設施主要集中在高氨氮廢水的處理，75%的設施用于污泥消化液或脫水濾液的脫氮（側流應用），而厭氧氨氧化技術的最大潛力應是直接處理生活污水（主流應用）。
厭氧氨氧化技術在側流的應用已經較為成熟，在主流應用目前還存在技術瓶頸。與側流相比，主流應用工況有三個顯著變化：溫度低了，成為常溫；氨氮濃度低了，每升只有數十毫克；反應器大了，控制難度增加。這三個工況變化導致厭氧氨氧化微生物生態(tài)系統不穩(wěn)定：溫度低、氨氮濃度低，致使厭氧氨氧化菌增長慢，難以補充隨出水的流失；溫度低、氨氮濃度低、pH無法控制、溶解氧難以控制，致使無法抑制或淘汰硝化菌（NOB），無法使氨氧化菌具有競爭優(yōu)勢，難以形成亞硝酸鹽積累。針對這些問題，歐美幾個大型課題組近幾年開展了厭氧氨氧化主流應用的大量小試和中試研究，提出一些解決對策，初步證明了厭氧氨氧化主流應用的可行性。荷蘭Delft工業(yè)大學采用顆粒污泥在Rotterdam污水處理廠進行的中試，以AB工藝A段出水為進水(COD為60 mg/L, BOD5為20 mg/L, NH3-N為30~40 mg/L)，連續(xù)流操作，在20℃時運行穩(wěn)定。一個歐美國際聯合研究組在美國DC Water和HRSD進行了近三年研究，提出了脈沖間歇曝氣和水力旋流器濃縮等對策。與此同時，我國學者也開展了一些卓有成效的研究。2011年11月到2012年5月，在奧地利Innsbruck 市一個叫Strass小鎮(zhèn)的污水處理廠里，Bernhard Wett研究組首次進行了主流厭氧氨氧化的生產性試驗研究，試驗持續(xù)近6個月，進水氨氮20~40 mg/L，污水溫度10~15℃，出水氨氮和硝酸鹽穩(wěn)定低于5 mg/L，試驗基本取得成功。隨著各地研究與實踐的不斷深入，人們必將克服主流厭氧氨氧化技術瓶頸，主流厭氧氨氧化技術的規(guī)�；瘧每梢灶A期。
與厭氧氨氧化相比，污水中有機物的分離及厭氧處理技術則已比較成熟，混凝+沉淀、生物吸附（AB工藝的A段）、沉淀+氣浮、微篩過濾等都是可用的常規(guī)技術，通過這些單元分理出的污泥可通過厭氧消化產生CH4。近兩年，采用厭氧膜生物反應器（AnMBR）對污水直接進行厭氧處理成為研究熱點，多采用厭氧流化床膜生物反應器（AnFMBR）。研究表明，在常溫下，當HRT為6~10 h，70%~75%的有機物可轉化為CH4，另外約15%轉化成污泥，污泥產率僅為好氧處理的三分之一。由于出水有機物濃度與好氧工藝基本接近，因此有人將該工藝稱之為厭氧二級處理（Anaerobic Secondary Treatment）。但是，厭氧流化床膜生物反應器（AnFMBR）也存在一些技術缺陷或需要解決的問題：一是存在膜污染，由于低產泥量和流化狀態(tài)會有所減緩，但膜通量不能高于8 L/（m2·h），遠低于好氧MBR；二是污水中的硫酸鹽10%以上被反硫化成H2S，增加了氣體脫硫的成本；三是超過30%的CH4在常溫或低溫時，能溶解在水中，需要設置吹脫單元將之吹脫（air stripping )岀來。另一個研究熱點是生物電化學（Bioelectrochemistry）技術，包括微生物燃料電池（MFC）產電和微生物電解電池（MEC）產氫，前者研究遠多于后者。雖然微生物燃料電池理論產電效率很高，但由于難以穩(wěn)定在理論電壓，實際上的產電效率大大降低。另外，MFC反應器難以放大，使之離工程應用還有很長的距離。
綜上，可能替代活性污泥法的未來污水處理工藝是碳氮兩段法：首先對污水中的有機物進行分離，分離出的污泥通過厭氧消化產生CH4，或對污水直接進行厭氧處理產能，分離后含有氨氮的污水通過主流厭氧氨氧化進行脫氮。按照Kartal B等人的理論估算，采用活性污泥法，處理1人口當量的污染物需要耗電44 W·h，而采用上述碳氮兩段法，處理1人口當量的污染物將產生24 W·h能量，從而使污水處理廠真正成為“能源工廠”，且污泥產量僅為活性污泥法的四分之一。
中國給水排水品牌委員會（中國百強期刊）
已關閉
懸賞分：30 - 提問時間 2014-11-30 07:43
《中國給水排水》雜志社品牌委員會
邀請函
《中國給水排水》（半月刊）（中國百強期刊）由住房和城鄉(xiāng)建設部主管，中國市政工程華北設計研究總院和國家城市給水排水工程技術研究中心主辦，是首批中國期刊方陣“雙效”期刊、中國建筑科學類中文核心期刊、科技部300種精品期刊，被許保玖先生譽為水行業(yè)的“首席雜志”。自1985年創(chuàng)刊以來，一直堅持辦刊宗旨和嚴謹的辦刊作風，擁有大批忠誠的作者和讀者。國家權威期刊測評機構的報告均顯示本刊的影響因子穩(wěn)居水行業(yè)期刊前列，成為載文量大、質量高、發(fā)表周期短、廣告量最大的期刊，在水行業(yè)內具有廣泛的知名度和巨大的影響力。在兼顧工業(yè)廢水處理、建筑給排水、垃圾滲濾液處理等領域的同時，在市政給排水的科研和設計、運行管理等領域更是占有明顯的優(yōu)勢；近年來圍繞熱點專題舉辦了一系列技術研討會，營造了熱烈、活躍的學術氛圍，受到了廣泛的贊譽。
為適應我國給排水事業(yè)飛速發(fā)展的需要，進一步加強《中國給水排水》雜志與行業(yè)內各有關單位的密切聯系，為更多中青年技術人員提供繼續(xù)教育和達到更高的學術水平提供一個高起點的、可持續(xù)發(fā)展的平臺，讓更多關心《中國給水排水》雜志的單位和個人參與謀劃期刊的發(fā)展，使《中國給水排水》的品牌影響力與行業(yè)知名企業(yè)、知名人士攜手共進，特向行業(yè)內的知名企業(yè)和有識之士發(fā)出誠摯邀請，歡迎加盟《中國給水排水》雜志品牌委員會，對期刊的發(fā)展提出真知灼見并提供必要的相關支持，相信那些富有價值的創(chuàng)新理念必將融入雜志的發(fā)展規(guī)劃中。我們將通過多種途徑、方式為加盟單位或個人提供全方位的服務，達到提升品牌形象、促進行業(yè)技術發(fā)展等目標，最終實現互惠共贏。
《中國給水排水》雜志社
二0一一年五月一日
《中國給水排水》雜志社品牌委員會（中國百強期刊）活動章程
第一章 總則
第一條 成立《中國給水排水》品牌委員會，旨在讓多年來關心、信任《中國給水排水》雜志的單位、個人能夠以合理、合法的途徑參與到雜志的發(fā)展中來，充分體現行業(yè)主流單位或知名人士對雜志的期許。
第二條 通過品牌委員會這一平臺，可以匯聚水行業(yè)的優(yōu)質資源，使知名品牌互相助力，共同提升、發(fā)展。
第三條 對委員單位的要求是具有一定的知名度和影響力，愿意為雜志的發(fā)展出謀劃策并積極履行相應權利和義務的單位。
第二章 機構設置
第四條 成員單位主要為行業(yè)內有一定影響力的環(huán)保集團、水務公司、工程公司、市政或建筑設計院、科研院所、高校、咨詢公司等涉水企業(yè)和人士。品牌委員會設主任單位、副主任單位、特邀副主任委員單位、常務委員單位、常務委員兼秘書長單位、委員單位。主任單位由《中國給水排水》雜志的主辦單位擔任，主任由主辦單位領導擔任，其他加盟單位推薦代表擔任相應職務。設置秘書處負責處理品牌委員會的日常工作，秘書長單位由《中國給水排水》雜志社兼任。
第五條 每屆品牌委員會任期兩年，本著自愿互利的原則，可以連任。申請加入單位須簽署《中國給水排水》雜志社品牌委員會入會確認表，經確認后正式加入品牌委員會。如屆滿不提出變更或退會，視為自動連任。
第六條 品牌委員會每年召開一次工作會議，聽取秘書長工作匯報以及下一年度工作重點的安排部署；介紹品牌委員會成員單位的突出成績與重點信息；為進一步做好品牌委員會的相關工作進行交流、探討。
第三章 權利與義務
第七條 品牌委員會成員單位享有的權利
1、免費在《中國給水排水》雜志和網站www.watergasheat.com的顯著位置刊登單位名稱、logo、委員姓名、職務以及網址、聯系方式等。免費下載網站資料或上傳成員單位宣傳資料，免費獲得友情鏈接。
2、以多種形式免費在《中國給水排水》雜志網站上開設專欄宣傳報道品牌委員會成員單位，包括企業(yè)動態(tài)、技術交流、優(yōu)秀工程設計案例、科研成果及項目進展、人物介紹、特色活動等。
3、在符合辦刊宗旨和刊登范圍且通過專家審稿并修改合格的情況下，品牌委員會單位（包括職工）撰寫的科技論文可優(yōu)先在《中國給水排水》雜志上發(fā)表。
4、副主任單位每年獲贈6頁普通中間彩色插頁廣告；特邀副主任委員單位每年可獲贈4頁普通中間彩色插頁廣告；常務委員單位每年可獲贈2頁普通中間彩色插頁廣告；委員單位可獲贈1頁普通中間彩色插頁廣告。預訂其他特殊版位的廣告也可享受一定的優(yōu)惠。
5、派人參加每年一次的品牌委員大會，品牌委員會大會若與學術會議同時召開，副主任單位免2人會務費，常務委員單位和委員單位免1人會務費。
6、副主任單位每期獲贈10本《中國給水排水》雜志，常務委員單位每期獲贈8本《中國給水排水》雜志，委員單位每期獲贈5本《中國給水排水》雜志。
7、在品牌委員會任期內，成員單位可以《中國給水排水》品牌委員的名義進行宣傳。
8、品牌委員會秘書處積極協助委員單位解決在工作和研究中遇到的難題；幫助邀請專家進行指導和咨詢；幫助檢索相關科研資料。
9、協助委員單位組織技術交流會、項目現場會、論證會、產品推介會等。
10、對品牌委員單位人員的科技論文寫作進行輔導，解決寫作難題，滿足單位職稱晉升所需文章質量、數量和時間的要求，避免因盲目投稿耽誤時間，影響學位和職稱評聘。
第八條 品牌委員會成員單位應盡的義務
1、為改進品牌委員會的工作，積極提出合理化建議。積極反饋本單位對《中國給水排水》雜志和網站的要求和改進意見。
2、遵守品牌委員會章程，每年按時繳納會費：委員單位：3萬元；常務委員單位：5萬元；副主任委員單位：8萬元。
3、委托專人負責與雜志社聯系，及時提供本單位的相關信息資源及企業(yè)內刊。
第四章 附則
第九條 本章程解釋權歸《中國給水排水》雜志品牌委員會秘書處
地址：天津市和平區(qū)新興路52號都市花園大廈21層 郵編：300070
聯系電話：022-27835639 27835592 13752275003 傳真：022-27835592
E-mail：cnwater@vip.163.com 聯系人：王領全 孫磊
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