王凱軍： 探索未來新水務 中國亟待破局
2023年3月3日，北控水務邀請院士、行業(yè)主管領導、國家智庫專家、勘察設計大師及行業(yè)知名專家近20位，就水務行業(yè)未來發(fā)展方向、水務行業(yè)科技創(chuàng)新、行業(yè)領軍企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略等議題，舉辦座談會。清華大學環(huán)境學院研究員王凱軍受邀參加座談并發(fā)表觀點�，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。背景是毛澤東認定美蘇爭霸，蘇聯(lián)處于進攻態(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，都要加以運用，謀取它們最大的戰(zhàn)略利益”。這個預判影響了中國大概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。可見，戰(zhàn)略前瞻性研究對于國家和組織都是非常重要的。
世界各國對水務發(fā)展的探索
水務的發(fā)展很多國家都在探索，比如美國的三個機構， 國家清潔水機構聯(lián)合會、水環(huán)境研究基金會和水環(huán)境聯(lián)合會，當時提出行業(yè)舊的體制機制已經(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。國家清潔水機構聯(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)濟發(fā)展之中。
國際上的知名學者提出，直接進入生態(tài)文明帶給中國一個千載難逢的偉大機會，這個機會是中國領導世界獨有的機會，而中國應該抓住。
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，而沒有溫室氣體凈排放，這個框架下提出循環(huán)經(jīng)濟。荷蘭在這個框架下提出了2050 年循環(huán)計劃，其中，地方水務公司提出建一個新的污水處理廠，回收率達到75%，新型污染物要消除80%，污泥產(chǎn)量化學用品減少90%。而且已經(jīng)立項了， 基本一個全物化的工藝，要領先世界的水平10 年到20 年， 這是對荷蘭政府面向2050 年循環(huán)經(jīng)濟計劃響應。
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，跟水密切相關的應該是9 個目標，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，也是能源上最關心的核心問題。
中國水務技術整體落后十年
在能源自給領域，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劃，已開始付諸實施。其中，蘇格蘭的“零廢物”計劃、法國“磷回收網(wǎng)絡系統(tǒng)”、德國“污泥條例改革修正案”等將助推各自磷回收技術實施。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% 磷的條例并通知歐盟。
在新型污染物領域，歐洲各國已完成技術儲備開始進入實施階段。瑞士已經(jīng)實施立法，十一種藥物和一種生物殺蟲劑有明確的處理要求。
從碳中和領域來看，荷蘭的三個中心說得比較多，新加坡提出2030 年達到能源自給。英國對水務到2030 年達到碳中和，明確提出了一系列的要求。相對來講，我國水務行業(yè)只有北排提出3060 白皮書。
從這一系列事關發(fā)展的重大問題方面來說，我國落后了，為什么說落后十年？從技術來說，中國的研究部門，大學、研究院要進行研究，研究立題要有時間，研究完了要做示范，示范要建立一個廠，從建設到最后驗收，這個過程起碼需要五年，五年以后要推廣，然后上升到標準和政府推薦的水平，沒有十年是很難完成的。這樣看，新的趨勢和方向中國確實是落后的。
中國水務行業(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)達到70%-80% 的回用率，電力行業(yè)達到了零排放，包括提出“水島”概念都是很先進的。另外還有地下水廠發(fā)展的趨勢，如果繼續(xù)延伸實踐，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，解決方法主要是變橫向設計為豎向設計，比如地下污水廠、地上多層污水廠的構建；通過節(jié)地與都市農(nóng)業(yè)的打造相結合；同時要結合工藝的極限應用，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有機融合，地上地下統(tǒng)籌規(guī)劃，改善周邊環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)污水處理廠建設由生態(tài)“負資產(chǎn)”向“正資產(chǎn)” 的轉(zhuǎn)變。這可能使中國能夠領先于國際。另外要改變現(xiàn)有的評價標準，不是單一碳排放來評價，而是以生態(tài)指標來評價。因為這包含有三個要素，人與人、人與社會、人與自然，我們要改變成這樣的評價方式。
國際上的知名學者提出，直接進入生態(tài)文明帶給中國一個千載難逢的偉大機會，這個機會是中國領導世界獨有的機會，而中國應該抓住。
國際上十幾年來一直倡導用厭氧的方法實現(xiàn)碳中和， 像英國、瑞典要在2060 年通過沼氣的方式達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。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，還做了標準。這給出了一個真正解決再生水的問題的思路，就是真正進入到社區(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)水務行業(yè)的一種可能性，即水務行業(yè)深入融入城市有機更新并成為公用事業(yè)中的主導性行業(yè)。
來源：未來新水務公眾號
王凱軍：存量時代水務創(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，清華大學環(huán)境學院教授王凱軍發(fā)表《存量時代水務創(chuàng)新發(fā)展路線圖》主題演講。
王凱軍 清華大學環(huán)境學院教授
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，公共基礎設施已經(jīng)基本建設完成，產(chǎn)生嚴重的產(chǎn)業(yè)和人員過剩。二是水固氣等環(huán)境大建設時期已經(jīng)結束。三是央企紛紛入局環(huán)保行業(yè)。四是國內(nèi)外經(jīng)濟走入下行期。2018年開始，環(huán)保行業(yè)接連受挫。政府支付能力也在變差。水務企業(yè)利潤率低而且應收賬款賬期延長，而美國水業(yè)應收賬款周轉(zhuǎn)率非�？�，53~58天。
總的來說，當前的環(huán)保行業(yè)缺乏必要保護，水務行業(yè)門檻低，行業(yè)沒有好的的頂層設計，也缺乏企業(yè)家精神和企業(yè)家。
二、存量時代
當前已經(jīng)進入存量時代。存量時代跟建設時代考慮的問題不一樣，存量時代要考慮服務問題。
1. 后BOT時代水務公司如何盈利
后BOT時代，服務模式主要是基本服務費，包括人員費用和管理工具的費用。人員費用是低端收入，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，大幅降低產(chǎn)品成本。
2. 存量時代盈利的機會
一是節(jié)能降耗-降本運行。100%負荷和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-增量運行。100%負荷是否可以增加至200%的負荷，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)是設計負荷的50%~60%，設計冗余按保證率設計，保險悉數(shù)接近2.0，有非常大的冗余。
三是資源全回收-增量運營。雙碳目標下，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
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，技術創(chuàng)新要以平臺創(chuàng)新的方式來實現(xiàn)。
水務1.0是技術驅(qū)動，水務2.0是產(chǎn)品驅(qū)動，水務3.0要依靠場景驅(qū)動。當技術和產(chǎn)品日臻完善，圍繞需求形成復雜系統(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)生巨大的技術進步。在技術平臺上持續(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，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)展的技術途徑。
比如國內(nèi)探索的碳源濃縮以膜技術為代表，但不同于將膜過程置于工藝流程末端的常規(guī)工藝設計，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；在此基礎上，后續(xù)可以探索嫁接新的技術，如離子交換、RO、厭氧氨氧化等，形成系列的顛覆性工藝技術。
近年，荷蘭某地水委會通過了興建新污水廠的提案，希望通過應用一系列的新技術新理念，建設一座在未來20-30年內(nèi)保持領先的污水廠，指標目標是“將氮磷回收率提高75%，去除80%醫(yī)藥殘留物，污泥產(chǎn)量和化學品用量減少90%”。這份提案展示的主要的技術理念創(chuàng)新，一是采用集成的技術和設備，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，進行離子交換，以實現(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，也為諸多目標的實現(xiàn)帶來便利。
四、模式創(chuàng)新
水務行業(yè)要外卷，向產(chǎn)業(yè)鏈上下游細分領域進軍，向外擴張帶動細分領域發(fā)展。
比如餐廚垃圾油脂回收，火煉油的碘值低，亞油酸價低， 混合會形成很好的互補性投資優(yōu)勢。而且投資回報率高，萬噸產(chǎn)能設備投資2000萬，產(chǎn)值達到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、保護環(huán)境提供技術基礎和裝備保障的產(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)保技術與裝備、節(jié)能產(chǎn)品和服務等。
環(huán)境產(chǎn)業(yè)可以分成四大塊，環(huán)境服務、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%。
王凱軍強調(diào)，未來環(huán)境產(chǎn)業(yè)的真正出路既要關注內(nèi)涵，同時還要關注外延。而產(chǎn)業(yè)的生命力在于理論和實際外延的不斷擴大，要在現(xiàn)有基礎上不斷擴大產(chǎn)業(yè)外延。
