王凯军：地下污水处理厂的价值分析
近日，清华大学工程博士高峰论坛聚焦“地下污水处理厂”，论坛现场，清华大学环境学院副院长/教授王凯军从生态文明建设的视角，为与会者分享了城市污水处理模式和技术的发展思考。以下为王凯军老师发言实录：
来源：E20环境平台
最近几年，我国已经运行和在建的地下污水处理厂有30多座。近两年，地下污水处理厂建设迅速，而且规模越来越大。据统计发现，虽然，地下污水处理厂的数量占我国污水处理的比重依旧较低（＜2%），但增长趋势明显，处理水量和投资总额增量分别占污水处理厂处理水量和总投资的6%和12%左右。地下污水处理厂建设是大势所趋吗？在技术上又带来了哪些挑战？近日，清华大学工程博士高峰论坛就聚焦“地下污水处理厂”，论坛现场，清华大学环境学院副院长/教授王凯军从生态文明建设的视角，为与会者分享了城市污水处理模式和技术的发展思考。以下为王凯军老师发言实录：（以下内容根据现场发言整理，未经本人审阅）
选择将“从生命文明视角看污水处理模式和技术的发展”作为发言的主题。大家可能觉得有点大，我认为搞技术的人，现在比较忽略政策的发展，搞学术的人更忽略国家政策的发展。所以选择这样一个主题。与大家分享一下我对生态文明学习的体会，特别是与地下污水处理厂有关的问题。
不同文明的特征与污水处理的关系
原始文明、农业文明，工业文明、信息文明和生态文明。
原始文明和农业文明时期，生产力低下，造成了对资源的掠夺。
工业文明时期，生产力极大发展，但对资源造成了非常大的破坏。生态文明以前我们讲可持续发展，但生态文明的定义实际上要高于可持续发展，不只是可持续，以及持续发展，还要持续繁荣。
古埃及（非洲东北部及亚洲西部）、古巴比伦（亚洲西部）、古印度（亚洲南部）和中国（亚洲东部），四大文明古国的消失，主要都是由于战争，以及过度的开垦。
玛雅文明繁盛、人口大增时，农业压力越来越大，更多毁林开荒，生态环境恶化、资源枯竭，玛雅文明开始崩溃。中国陕北，由于战乱、乱砍滥伐导致黄土高原植被严重破坏，水土流失严重，形成“千沟万壑”。
工业文明是以大机器生产 为重要标志，机器大生产占主要地位的一种现代社会文明形态。比尔盖茨曾做过对比，中国在三年里消耗的水泥量超过美国一百年的用量。可见我国资源掠夺性的开采和我国的建设达到了什么样的程度。我国能源、资源大量的消耗，破坏了生态的平衡，产生了一系列的问题。
在城市污水处理建设中，可以看到，大规模的集中式污水处理厂是工业文明的代表。污水长距离加压输送，整个系统必然极其昂贵耗能。这种“福特式”污水集中处理模式是典型工业文明的产物。
这里列举美国最大的污水处理厂（如下图），全世界有十大污水处理厂，规模达465万m3/d，进水泵站是世界最大地下污水提升泵站，地下90米深的隧道中提升至污水处理厂，甚至建设了铁路运输系统，这是工业文明的极致化。
现在著名的新加坡NEWater的实践，仍然是工业时代的思路，高水质、高技术、高投入的方式，排污系统采用深层隧道从地下20米深入到55米，长达48公里。污水处理在二级生物加双膜反渗透，以技术极致来解决所有问题。当高投入的技术走向极致，是否该考虑通过转变模式进行变革。
总结认为，实际上，文明的焦点是城市。在西方，“文明”一词就是古希腊城邦的代称。工业文明推动的城市发展，工业文明城市的特征：热衷于建造大、高、集中的市政设施；
废弃物集中机械式处理；线性生产、浪费排放处理；部门、设施间相互分离
高碑店建一个污水处理厂，旁边环卫部门建风电处理厂，这就是典型部门之间的分割。工业文明是一条不可持续的道路，人类社会必须转向生态文明，核心在于城市转型。
我国几代领导人提出的生态文明，确实反映了我们应该发展的方向。从邓小平时代，“两手抓，两手都要硬”，到“十八大”提出的五位一体生态文明建设。今年7月1日中央全面深化改革领导小组指出：我国发展已经到了必须加快推进生态文明建设的阶段。生态文明建设是加快转变经济发展方式、实现绿色发展的必然要求。
城市污水与相关技术领域发展
今年是纪念城市污水活性污泥100周年。大家觉得活性污泥是非常好的选择，但实际上，在发展过程中我们一直面临着绿色和非绿色的选择。
60年代，浙江一代，收集粪便用马桶车清运，然后回到农田里。
19世纪七八十年代，由于疾病的原因，下水道发展了，分离的收集方法被淘汰。当时同样有各种各样的技术，有好氧技术、有厌氧技术，然后有了活性污泥法，有分散处理、也有集中处理，现在我们走上了集中处理的道路。
现在我们的活性污泥走到一个死胡同，有很多绿色的东西，我们并没有去选择。
而其他的行业，像电力行业、汽车行业虽然是高能耗行业，但它们都已经在研究绿色发展。污水处理是环保的一部分，所以很少搞绿色发展。在前几年的节能降耗中，全国都在搞节能降耗，起到了推动作用，但力效果不大。
这个阶段，我们认识污水处理应该是低碳的 、资源回收的污水处理系统。
针对这些问题，最近一、两年，中国专家综合国际发展趋势，提出建设超前的、世界标杆性的、具有引领性的污水处理概念厂理念。针对中国目前的问题，提出了4个追求：水质可持续、能源回收、资源循环、环境友好。
我国很多专家也认识到了这一问题，原建设部部长说，污水处理厂要超越福特式大规模、集中式处理的旧框框，这是一个工业时代的观点，不是文明时代的观点。更早时候，集中与分散问题聂梅生认为：应用新技术，绝对是要分散的；由集中到集中与分散相结合是科学发展的必然趋势;，应用新技术，绝对是要分散的；由集中到集中与分散相结合是科学发展的必然趋势。
比如说荷兰提出了Greenhouse village的技术，在过程当中发现这样一个工程的推广，需要很多学科互相参与。环境卫生、化学、土木工程师、生物技术学、(生物)化学、微生物学、灌溉、农学、建筑、 地质学、种植和养殖、园艺学、经济学和社会学、健康包括市民的参与，确实是多学科的。
美国的Present Architecture为解决纽约的垃圾问题，提出“绿环”：集垃圾堆肥中心与公园为一体构筑物。每个绿环都有社区公园和教育设施，并能够冬季越野滑雪。绿环是一个垃圾处理厂，绿环的下面是垃圾处理装置，利用分散处理概念，分布式的系统，一个绿环是一个公园，跟自行车道相结合，成为非常好的环境设施。
科学家预言2050年垂直农场将问世，解决潜在的全球粮食短缺问题。意大利米兰建成世界首个绿色公寓——垂直森林。沿着外墙体、层层种下共730棵乔木、5000株灌木和1.1万株草本植物。相当于1.1公顷的绿色植被。中水浇灌系统，利用风能与太阳能，增加能源的自给。
习总书记提出了山水林田湖的理念，“保护好生态环境，要有科学和系统的视野。如果种树的只管种树、治水的只管治水、护田的单纯护田，很容易顾此失彼，最终造成生态的系统性破坏。”需要系统统筹，以此来看，污水处理今后应该赋有更多的职能，更轻的污染、更美的景观、更少的占地、更低的投资（主要针对管网）、更高的生态价值。下一代污水处理就是低碳的 、资源回收、零排放、生态的污水处理系统。
地下污水处理厂价值分析
我国目前地下污水处理厂的建设情况（如下表），粗略统计，最近几年已经运行和在建的地下污水处理厂有30多个，实际超过30多个。如果把万吨级都统计进来的话，可能会超过50座以上。
虽然，地下污水处理厂的数量占我国污水处理的比重依旧较低（＜2%），但增长趋势明显，处理水量和投资总额增量分别占污水处理厂处理水量和总投资的6%和12%左右。
我们要设计污水处理可持续发展的准则，少用或不使用不可再生资源，如：矿物、能源、土地等；在处理中回收资源和产生能源；如：水、N、P、沼气、热能等。可持续发展是不可再生的资源的可持续，实际上对能源、矿物等前几年讲的比较多，对土地问题讲的比较少，实际上土地也是不可持续的资源。侯锋总说，美国的方式需要7个地球。在我看来，中国的方式需要1个半国土来支撑我们的发展，到2020年可能需要2个。
虽然说发展“一带一路”是共同繁荣，但从某种程度上讲，我们的资源不足以支撑持续发展。目前我们的石油自给率已经很低了，2050年我们需要4个中国的国土。6年后中国耕地面积将跌破18亿亩底线，保证土地是非常重要的选择，在污水处理领域也是这样的。
不光垃圾处理有邻避问题，污水处理的邻避问题也很严重的。肖家河污水处理厂其实就是由于邻避问题，当时存在争议，很多市民反对。10年过去后，肖家河污水处理厂周边的土地也还没有开发，海淀寸土寸金的地方，污水处理厂占地50亩，周边却将近1000亩地，相当于20倍的土地受到了一定的影响。论坛现场，桑德集团的张总也会对肖家河第二代污水处理厂进行介绍，可能很大程度会促进这块土地的开发。由于隔离带限制了周边土地的开发和利用，现在仍然有一些人提出肖家河的问题。
城市水体和景观可以大大提高土地价值。像紫竹院公园、陶然亭公园，有一些小区就选在公园周边，土地的价值也升高了。在污水处理厂的边上，如果土地价值升高，肯定是非常好的事。
碧水源在昆明做的项目，在高架路旁边做了污水处理厂，这就是住宅。本身可以节约造价，这个项目本身节省土地投资10亿以上，基本超过了污水处理厂的投资。
北京市区16个污水处理厂，总共3000多亩,我们设想一下，如果将这些做到地下，可以节省投资180亿，已经超过了现在污水处理厂的总投资，当然这只是一个设想。同时这些污水处理厂分布在城市的各个区域，如果这些污水处理厂和颐和园、中山公园一起构成了城市的绿地，可能生态环境就可以得到更进一步的提升。
地下污水处理厂的模式与技术发展方向
当然，地下污水处理厂还有很多的问题，这里列出了三个技术问题和三个管理问题。
地下污水处理厂减少单位投资的途径有哪些？
途径一：开发高效（好氧、厌氧、兼氧）生物反应器系统，减少反应时间。
反应器形式：悬浮生长(低)、生物膜(中)和流化床(高)
目前，大家均采用悬浮生长系统，即好氧活性污泥系统，但是由于高度限制也很难采用流化床系统。
生物： 1) 提高数量：微生物浓度(MBR，颗粒污泥)；
2) 提高质量：增强活性(没有采用)；
好氧：曝气和充氧形式(没有变化)
途径二：减少初次沉淀池、二次沉淀池的占地。好氧生物反应器，曝气和充氧形式，地上地下差不多。现在国际好氧颗粒污泥技术比较热，污水处理厂这么大的占地，好氧颗粒污泥以后，可以减少四分之三以上的占地。颗粒污泥沉降很好，沉降只需要3分钟。二沉池是非常占地方的，不仅要地方传统沉淀池，比如说像滤布滤池、动态砂过滤技术等。膜生物反应器(MBR)的优势，污泥浓度高(停留时间短)、没有二沉池、出水效果好
环境学院正在跟北控合作，从德国引进了纳米絮凝剂技术。纳米絮凝剂加入以后，沉淀加速，原来沉降只需要3分钟，加了絮凝剂沉降非常迅速。现在已经在北京昌平搭建了中试，引进了他们的技术。这个技术一旦用到地下污水处理厂，也是一个新的革新。
从规范上来讲，中国在这上面存在很大的问题，为什么举了这两个例子？像北京市所谓世界最大的首都机场T3航站楼，非常高的、无用的空间，造成了大量的能耗。而我们到世界其他地方去看，发现有很多国家吞吐量比我们还大，但却没有我们这样的建筑。
我们和左剑恶老师5月份参观了荷兰80年代建的地下污水处理厂，发现我们还没有摆脱传统的模式。人的比例和走廊的高度，有点像大帽子扣在上面。由于规范的缺失，造成了很大的浪费，所以也迫切需要在规范上进行完善。
荷兰80年代建设的厂
中国某地刚投产的厂
如何把负资产变为正资产
无论是综合排放一级A，一级B，在生态上都是负的。如何把负资产变成生态的正资产，不光生态友好、环境友好、社区友好。在这方面我们和东方园林合作有了一些结果。
将地下污水处理厂建设作为生态文明建设的抓手，以污水处理厂为载体构建城市生态综合体。城内的污水处理厂强调城市工农的互补，我们可以强调文化的元素、科普的元素以及公共服务的元素，以这样的形式建造污水处理厂。同样城郊污水处理厂强调参与性、经济性。温室、湿地和市民相结合；现代农业和现代种植相结合；市民的活动，运动相结合；温室以及湿地相结合。这样就可以建设城市生态综合体，各行各业都应该投入到生态文明的建设，做出我们的贡献。整个污水处理厂是无边界的，跟生态融为一体，这是处理节点。
总结几点，1、地下污水处理厂是社会发展到一定阶段的一个必然选择(特别是中国)；2、通过地下污水处理厂面临的技术要求，推动、促进污水处理技术进步；3、完善地下污水处理厂的标准体系，降低投资、运行费用；4、地下污水处理厂是生态建设的抓手，积极引导构建以（地下）污水处理厂为核心载体的城市生态综合体；5、赋予污水处理以新的内涵、创新污水处理商业模式。