王凱軍: 探索未來新水務(wù) 中國亟待破局
2023年3月3日,北控水務(wù)邀請?jiān)菏俊⑿袠I(yè)主管領(lǐng)導(dǎo)、國家智庫專家、勘察設(shè)計(jì)大師及行業(yè)知名專家近20位,就水務(wù)行業(yè)未來發(fā)展方向、水務(wù)行業(yè)科技創(chuàng)新、行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略等議題,舉辦座談會。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院研究員王凱軍受邀參加座談并發(fā)表觀點(diǎn),F(xiàn)轉(zhuǎn)載發(fā)言內(nèi)容與讀者分享。
探索未來對組織和國家非常重要
上世紀(jì)60 年代,毛主席委托了陳毅組織四個老元帥組成研討小組研究國際形勢。背景是毛澤東認(rèn)定美蘇爭霸,蘇聯(lián)處于進(jìn)攻態(tài)勢,已成為戰(zhàn)爭的主要策源地;另一方面美國對越南侵略導(dǎo)致中國南部受到了巨大的影響,讓中國面臨的國際形勢變得愈發(fā)嚴(yán)峻。中國到底怎么做?陳毅得出“在中、美、蘇三大力量的斗爭中,美對中蘇,蘇對中美,都要加以運(yùn)用,謀取它們最大的戰(zhàn)略利益”。這個預(yù)判影響了中國大概50 年,直到2012 年還是這樣的基本格局和思路,到最近幾年“一帶一路”開啟以后形勢才稍有變化?梢,戰(zhàn)略前瞻性研究對于國家和組織都是非常重要的。
世界各國對水務(wù)發(fā)展的探索
水務(wù)的發(fā)展很多國家都在探索,比如美國的三個機(jī)構(gòu), 國家清潔水機(jī)構(gòu)聯(lián)合會、水環(huán)境研究基金會和水環(huán)境聯(lián)合會,當(dāng)時提出行業(yè)舊的體制機(jī)制已經(jīng)限制了行業(yè)的發(fā)展。2015 年這個行業(yè)打分是D,這表示行業(yè)沒有太大希望,沒有活力。在爭取聯(lián)邦政府和地方政府的撥款上,會處于非常弱勢的地位,人才也不會往這個行業(yè)上流動。國家清潔水機(jī)構(gòu)聯(lián)合會、水環(huán)境研究基金會和水環(huán)境聯(lián)合會這幾個協(xié)會聯(lián)合向國會呼吁要進(jìn)行改革,其中最重要的改革就是把公共的污水處理廠變成水資源的利用,改稱未來水資源利用廠,把污水廠融入社區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展之中。
國際上的知名學(xué)者提出,直接進(jìn)入生態(tài)文明帶給中國一個千載難逢的偉大機(jī)會,這個機(jī)會是中國領(lǐng)導(dǎo)世界獨(dú)有的機(jī)會,而中國應(yīng)該抓住。
歐洲1991 年提出將歐盟轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋公平和繁榮的社會,擁有一個資源高效型和具有競爭力的經(jīng)濟(jì),而沒有溫室氣體凈排放,這個框架下提出循環(huán)經(jīng)濟(jì)。荷蘭在這個框架下提出了2050 年循環(huán)計(jì)劃,其中,地方水務(wù)公司提出建一個新的污水處理廠,回收率達(dá)到75%,新型污染物要消除80%,污泥產(chǎn)量化學(xué)用品減少90%。而且已經(jīng)立項(xiàng)了, 基本一個全物化的工藝,要領(lǐng)先世界的水平10 年到20 年, 這是對荷蘭政府面向2050 年循環(huán)經(jīng)濟(jì)計(jì)劃響應(yīng)。
從國際來看,2015 年9 月25 日聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展峰會在峰會上正式通過17 個可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),跟水密切相關(guān)的應(yīng)該是9 個目標(biāo),在可持續(xù)里面環(huán)境是最有影響力的,還有土地、氮、磷、水是一個可循環(huán)的資源,也是能源上最關(guān)心的核心問題。
中國水務(wù)技術(shù)整體落后十年
在能源自給領(lǐng)域,奧地利的Strass 水廠已能夠?qū)崿F(xiàn)能源自給。
在資源回收領(lǐng)域,歐洲英、法、德在磷回收方面紛紛推出各自磷回收政策和計(jì)劃,已開始付諸實(shí)施。其中,蘇格蘭的“零廢物”計(jì)劃、法國“磷回收網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”、德國“污泥條例改革修正案”等將助推各自磷回收技術(shù)實(shí)施。北歐各國在磷回收行動方面并不甘示弱,奧地利于近期制定了2030 年污水處理剩余污泥焚燒灰分至少回收80% 磷的條例并通知?dú)W盟。
在新型污染物領(lǐng)域,歐洲各國已完成技術(shù)儲備開始進(jìn)入實(shí)施階段。瑞士已經(jīng)實(shí)施立法,十一種藥物和一種生物殺蟲劑有明確的處理要求。
從碳中和領(lǐng)域來看,荷蘭的三個中心說得比較多,新加坡提出2030 年達(dá)到能源自給。英國對水務(wù)到2030 年達(dá)到碳中和,明確提出了一系列的要求。相對來講,我國水務(wù)行業(yè)只有北排提出3060 白皮書。
從這一系列事關(guān)發(fā)展的重大問題方面來說,我國落后了,為什么說落后十年?從技術(shù)來說,中國的研究部門,大學(xué)、研究院要進(jìn)行研究,研究立題要有時間,研究完了要做示范,示范要建立一個廠,從建設(shè)到最后驗(yàn)收,這個過程起碼需要五年,五年以后要推廣,然后上升到標(biāo)準(zhǔn)和政府推薦的水平,沒有十年是很難完成的。這樣看,新的趨勢和方向中國確實(shí)是落后的。
中國水務(wù)行業(yè)破局之路
我國在水利用上和工業(yè)水利用上并不落后,石化行業(yè)達(dá)到70%-80% 的回用率,電力行業(yè)達(dá)到了零排放,包括提出“水島”概念都是很先進(jìn)的。另外還有地下水廠發(fā)展的趨勢,如果繼續(xù)延伸實(shí)踐,節(jié)省占地對于中國這樣一個人口密集的國度是一個很好的切入點(diǎn),解決方法主要是變橫向設(shè)計(jì)為豎向設(shè)計(jì),比如地下污水廠、地上多層污水廠的構(gòu)建;通過節(jié)地與都市農(nóng)業(yè)的打造相結(jié)合;同時要結(jié)合工藝的極限應(yīng)用,工藝綜合發(fā)展,不能簡單線性疊加,如好氧顆粒污泥技術(shù)是一個多功能集合創(chuàng)新的很好的例子。
從生態(tài)發(fā)展角度來看,應(yīng)打造城市生態(tài)綜合體,將污水處理與提供生態(tài)景觀、休閑娛樂、科普教育、科技研發(fā)、濕地綠化等公共服務(wù)有機(jī)融合,地上地下統(tǒng)籌規(guī)劃,改善周邊環(huán)境質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)污水處理廠建設(shè)由生態(tài)“負(fù)資產(chǎn)”向“正資產(chǎn)” 的轉(zhuǎn)變。這可能使中國能夠領(lǐng)先于國際。另外要改變現(xiàn)有的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),不是單一碳排放來評價(jià),而是以生態(tài)指標(biāo)來評價(jià)。因?yàn)檫@包含有三個要素,人與人、人與社會、人與自然,我們要改變成這樣的評價(jià)方式。
國際上的知名學(xué)者提出,直接進(jìn)入生態(tài)文明帶給中國一個千載難逢的偉大機(jī)會,這個機(jī)會是中國領(lǐng)導(dǎo)世界獨(dú)有的機(jī)會,而中國應(yīng)該抓住。
國際上十幾年來一直倡導(dǎo)用厭氧的方法實(shí)現(xiàn)碳中和, 像英國、瑞典要在2060 年通過沼氣的方式達(dá)到百分之百的能源自給,而中國到現(xiàn)在不足5% 的污水處理廠采用厭氧技術(shù)。所以我國不光要建立自己的工廠,還要建立自己的理論體系,探討是否有別的途徑實(shí)現(xiàn)碳中和。
第一個可能的途徑是氮的回收,在減排的潛力上要大于碳。如果50 毫克/ 升的氮要回收的話,它的減排是0.5 度電,100 年前哈伯發(fā)明了合成氨工藝,這是一個非常耗能的工藝。所以今后在污水處理方向上一個可能的途徑就是回收氮。
第二是再生水的利用也可能突破,其中一個突破是管道問題。前幾年太原的一個局長提出了供暖管道解決水回用的問題,還做了標(biāo)準(zhǔn)。這給出了一個真正解決再生水的問題的思路,就是真正進(jìn)入到社區(qū),這是一個方向。
第三是熱泵的問題。根據(jù)溫度和回用次數(shù)的設(shè)定, 在北方一萬噸的水能供暖10 萬平米的面積,或者15 萬平米的面積。建筑節(jié)能是社會節(jié)能的大頭,不光能節(jié)能還能制冷。荷蘭現(xiàn)在有一個工廠已經(jīng)用水源熱泵承擔(dān)夏天冷庫的制冷,用自來水制冷,這也是碳減排的路徑。
這些新的思路提供了更多的可能性。這些方式里同樣看到了未來傳統(tǒng)水務(wù)行業(yè)的一種可能性,即水務(wù)行業(yè)深入融入城市有機(jī)更新并成為公用事業(yè)中的主導(dǎo)性行業(yè)。
來源:未來新水務(wù)公眾號
王凱軍:存量時代水務(wù)創(chuàng)新發(fā)展路線圖
近日,由環(huán)境商會主辦的2024專精特新環(huán)境企業(yè)發(fā)展大會在北京舉行。會上,清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王凱軍發(fā)表《存量時代水務(wù)創(chuàng)新發(fā)展路線圖》主題演講。
王凱軍 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授
一、大時代下面臨多重壓力
一是中國基建產(chǎn)業(yè)大量過剩,公共基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)基本建設(shè)完成,產(chǎn)生嚴(yán)重的產(chǎn)業(yè)和人員過剩。二是水固氣等環(huán)境大建設(shè)時期已經(jīng)結(jié)束。三是央企紛紛入局環(huán)保行業(yè)。四是國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)走入下行期。2018年開始,環(huán)保行業(yè)接連受挫。政府支付能力也在變差。水務(wù)企業(yè)利潤率低而且應(yīng)收賬款賬期延長,而美國水業(yè)應(yīng)收賬款周轉(zhuǎn)率非常快,53~58天。
總的來說,當(dāng)前的環(huán)保行業(yè)缺乏必要保護(hù),水務(wù)行業(yè)門檻低,行業(yè)沒有好的的頂層設(shè)計(jì),也缺乏企業(yè)家精神和企業(yè)家。
二、存量時代
當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入存量時代。存量時代跟建設(shè)時代考慮的問題不一樣,存量時代要考慮服務(wù)問題。
1. 后BOT時代水務(wù)公司如何盈利
后BOT時代,服務(wù)模式主要是基本服務(wù)費(fèi),包括人員費(fèi)用和管理工具的費(fèi)用。人員費(fèi)用是低端收入,真正來講要靠軟硬件來收取超額利潤,這是水務(wù)企業(yè)需要考慮的一種商業(yè)模式。
馬斯克在他的自傳里提出一個概念——白癡指數(shù),產(chǎn)品總的成本與原材料成本的比值。馬斯克認(rèn)為,如果一個產(chǎn)品白癡指數(shù)很高,可以通過更有效率的制造技術(shù),大幅降低產(chǎn)品成本。
2. 存量時代盈利的機(jī)會
一是節(jié)能降耗-降本運(yùn)行。100%負(fù)荷和100%成本下,如果節(jié)能降耗可以降低50%成本,就是增加了50%利潤,這是第一個要考慮的方式。
二是原位倍增-增量運(yùn)行。100%負(fù)荷是否可以增加至200%的負(fù)荷,這樣的話就會增加100%利潤。
這兩條路徑在我國這樣一個歷史時期是完全有可能的。近十年來的污水廠COD數(shù)據(jù)顯示,污水濃度在持續(xù)走低,大部分地區(qū)是設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%~60%,設(shè)計(jì)冗余按保證率設(shè)計(jì),保險(xiǎn)悉數(shù)接近2.0,有非常大的冗余。
三是資源全回收-增量運(yùn)營。雙碳目標(biāo)下,污水廠要考慮能源回收、資源回收。
三、平臺創(chuàng)新
3. 顛覆性創(chuàng)新途徑--污水處理的平臺技術(shù)
隨著要求不斷提高,污水廠功能增加,依靠工藝線性堆積,不能改變現(xiàn)有工藝基于以能源消滅能源、成本增加、系統(tǒng)穩(wěn)定性降低的本質(zhì)。這里提出一個新思路,存量時代,技術(shù)創(chuàng)新要以平臺創(chuàng)新的方式來實(shí)現(xiàn)。
水務(wù)1.0是技術(shù)驅(qū)動,水務(wù)2.0是產(chǎn)品驅(qū)動,水務(wù)3.0要依靠場景驅(qū)動。當(dāng)技術(shù)和產(chǎn)品日臻完善,圍繞需求形成復(fù)雜系統(tǒng)時,場景驅(qū)動則將成為下一階段創(chuàng)新的核心驅(qū)動力。
平臺技術(shù)上一系列生態(tài)公司圍繞新平臺做工作,就會產(chǎn)生巨大的技術(shù)進(jìn)步。在技術(shù)平臺上持續(xù)創(chuàng)新具有長期的穩(wěn)定性。比如活性污泥平臺擁有100以上的歷史。再比如IOS平臺創(chuàng)造了許多偉大企業(yè),已經(jīng)迅速更新到了17代。
不同的平臺依賴完全不同的創(chuàng)新技術(shù),也產(chǎn)生不同的公司。只有新的平臺才能徹底改變行業(yè)發(fā)展的技術(shù)途徑。
比如國內(nèi)探索的碳源濃縮以膜技術(shù)為代表,但不同于將膜過程置于工藝流程末端的常規(guī)工藝設(shè)計(jì),膜濃縮過程置于污水處理全流程工藝的前端。濃縮過程去除了污水中大部分的COD和TP,留存在水中污染物僅以氨氮為主;在此基礎(chǔ)上,后續(xù)可以探索嫁接新的技術(shù),如離子交換、RO、厭氧氨氧化等,形成系列的顛覆性工藝技術(shù)。
近年,荷蘭某地水委會通過了興建新污水廠的提案,希望通過應(yīng)用一系列的新技術(shù)新理念,建設(shè)一座在未來20-30年內(nèi)保持領(lǐng)先的污水廠,指標(biāo)目標(biāo)是“將氮磷回收率提高75%,去除80%醫(yī)藥殘留物,污泥產(chǎn)量和化學(xué)品用量減少90%”。這份提案展示的主要的技術(shù)理念創(chuàng)新,一是采用集成的技術(shù)和設(shè)備,二是踐行上游碳源濃縮的理念。其主要工藝是,經(jīng)過電絮凝和氣浮,經(jīng)一級納濾后,進(jìn)行離子交換,以實(shí)現(xiàn)水和資源的全回收。濃縮過程去除的COD和TP,大大降低了后續(xù)處理工藝的難度,也為諸多目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來便利。
四、模式創(chuàng)新
水務(wù)行業(yè)要外卷,向產(chǎn)業(yè)鏈上下游細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)軍,向外擴(kuò)張帶動細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展。
比如餐廚垃圾油脂回收,火煉油的碘值低,亞油酸價(jià)低, 混合會形成很好的互補(bǔ)性投資優(yōu)勢。而且投資回報(bào)率高,萬噸產(chǎn)能設(shè)備投資2000萬,產(chǎn)值達(dá)到1個億,毛利潤超過40%,比傳統(tǒng)的污水處理廠高。
五、環(huán)境產(chǎn)業(yè)的理論突破與實(shí)踐意義
環(huán)境產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵是指節(jié)約能源資源、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、保護(hù)環(huán)境提供技術(shù)基礎(chǔ)和裝備保障的產(chǎn)業(yè),主要包括節(jié)能產(chǎn)業(yè)、資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)和環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè),涉及節(jié)能環(huán)保技術(shù)與裝備、節(jié)能產(chǎn)品和服務(wù)等。
環(huán)境產(chǎn)業(yè)可以分成四大塊,環(huán)境服務(wù)、環(huán)保產(chǎn)品生產(chǎn),循環(huán)利用以及環(huán)境友好產(chǎn)品生產(chǎn),其中環(huán)境友好產(chǎn)品生產(chǎn)占比要超過60%。
王凱軍強(qiáng)調(diào),未來環(huán)境產(chǎn)業(yè)的真正出路既要關(guān)注內(nèi)涵,同時還要關(guān)注外延。而產(chǎn)業(yè)的生命力在于理論和實(shí)際外延的不斷擴(kuò)大,要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)外延。
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