王洪臣：集约、低碳、生态是污水处理厂未来方向【T05】

  导  读  

近年来，我国污水处理事业发展迅速、成绩斐然，但业内有观点认为，这些发展主要依赖西方传统技术，我国自主科技成果对行业发展的贡献度不大，原因在哪里？另外，污水处理未来发展方向是什么？与碳达峰有何关系？ 近日，中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣教授接受专访，分享了他对这些问题的观点。

图｜发表于《环境与生活》杂志2021年2-3月号总第156-157期“聚焦“栏目的原创文章

图｜王洪臣教授

污水处理行业的科技进步存在诸多天然障碍

《环境与生活》：您在水污染治理方面，有多年的理论研究和实践工作经验，是圈内不可多得的实战型学者。在您看来，我们国家在污水处理行业方面，科技成果转化的难点、痛点是在哪里？

王洪臣：近十几年来，我国污水处理行业快速发展，目前日处理能力已经达到2.2亿立方米，年实际处理量超过700亿立方米，是名副其实的污水处理大国。另一方面，国家、地方和企业投入了大量经费进行研究开发，取得了一大批研究成果，一些成果达到了国际领先水平。但是，如您所说，我国自主形成的科研成果在行业快速发展中的确没有发挥出应有作用，我想，这可能也是行业的共同看法。那么原因在哪里？这个问题我有一些长期观察，也有一些思考。我认为，污水处理行业的科技进步存在诸多天然障碍。不知道这是不是许多行业的共性问题，这里仅就我个人对污水处理行业的观察和思考与大家分享。

首先，科学家通常认识不到科研成果真正转化成生产力是一个极其艰难的过程。一个新的科研成果，怎么能证明它是稳妥、可靠的？企业家需要组织人力、财力、物力去证明。即使证明了是一个好的成果，还要花力气去说服客户，去开拓市场，否则就是叫好不叫座的成果，就没有价值。

从证明到推广，实际上是一个充满风险的过程，企业家要概括承受，但科学家对这个过程既没有切身感受，也可能没有认知。

另一方面，企业家又常常不了解一个新思路、新理念、新成果的产生也是非常艰难的，是一个反复琢磨、反复失败、反复实验的艰苦过程。窗户纸被捅破了，我们知道是一层窗纸，但没捅破之前，那就是一堵墙。许多企业家把教授带着学生做研究看成是一件很轻松的事情。存在这样的认知反差，即使发生了成果转化，即使成果转化成功，双方都认为自己才是主要贡献者，从而没法继续合作下去。

图｜王洪臣（左）指导研究生开展科学研究

总之，社会需要有分工，也需要有合作，需要合理分工默契地合作，这是实现高效成果转化并推动科技进步必要的社会环境。污水处理行业需要逐步构建这样的环境。

图｜2020年11月，王洪臣考察丹江口水库南水北调渠首取水口。

《环境与生活》：科技成果的商业转化如此多艰，那科技成果公益转化的情况会不会好一些？

王洪臣：好，我们接下来再谈谈科技成果公益转化的障碍。公益转化是指把科研成果以技术政策、规范、标准、导则或指南等法规文件的方式向全行业公开转化，指导工程设计、建设以及运营管理。科学家把科研成果以论文形式公开发表后供行业参考使用，也属于公益转化。

按理说，公益转化没有了商业环节，应该容易实现转化，但实际转化效率甚至比商业转化更低。

图｜2020年5月，王洪臣考察北京延庆城西污水处理厂。

污水处理领域的技术政策、规范、标准、导则或指南等法规文件主要是总结已有工程或项目经验，虽然这些文件通常都有关于科技进步的章节或条款，但是几乎见不到科技新成果的体现。这一状况的后果是彻底封住了科技成果通向工程建设的转化之路，因为没有哪个设计院愿意大胆采用新成果，因为这样一来就得承担不遵守法规性技术文件的风险。

另外，我国的设计院虽然都叫设计研究院，但重在设计、轻于研究，这与我国多年来的行业形态有关。我国的设计院是从工程的项目建议书、可行性研究报告、初步设计一路负责到施工图设计，有时还得做施工配合，用在可行性研究报告上的时间很短、精力很少。短时间快速编制的可行性研究报告只能是照搬规范或手册，可行性研究报告成了可批报告，极少去研究采用新的科研成果。

图｜2020年11月，王洪臣（左3）考察丹江口水库南水北调渠首取水口。

由于污水处理厂出水的严格监管和处罚机制，也很少有企业愿意在已有设施上进行成果验证。从法规性文件、工程设计建设到运营管理的一系列障碍，导致科研成果难以实现公益性转化。

图｜2020年11月，王洪臣（中）考察中国污水处理概念厂宜兴建设工地。

《环境与生活》：那么，这些障碍是可以克服的吗？请问未来我们应该如何去克服这些障碍？

王洪臣：为什么说以上障碍为天然障碍，因为这些障碍无关于哪个方面，不是人为设置，是多年的沿袭，是习惯思维下的习惯做法。但是，大批科研成果束之高阁，不能发挥效益，令人叹息。

尤其是当一个行业不愿、不敢或没有机制去承担科技进步带来的风险，那么它将没有科技进步，也将无法实现高质量发展。怎么破解这些障碍？恐非一招一策，只能寄望于不断改革，改革一定会发挥作用。

《环境与生活》：您是中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任。在迈向碳中和的大背景下，请问水务领域如何为碳达峰和碳中和做贡献？

王洪臣：政府间气候变化专门委员会 (IPCC)组织全球300位科学家包括几位中国科学家联合撰写了《气候变化的科学基础》一书，从科学角度论证了气候正在发生变化，近百年来全球温度的变化是人类活动的结果。导致气候变化的这些人类活动可以概括为：人类发现了地下化石能源，开采出来，用作燃料，排放了大量的二氧化碳。

图｜2020年11月，王洪臣（前排左4）带领课题组考察河南睢县污水处理概念厂。

城市水务大致占全社会总电耗的3%，其中污水处理过程约占全社会总电耗的1%。那我们就可以理解成，污水处理行业间接的碳排放大概能占到全社会总排放的0.5%，所谓间接碳排放是指因消耗了电而计算出的碳排放。

另外，在污水处理的转化过程中，也会有直接的温室气体排放，比如甲烷和一氧化二氮的排放，其中单位甲烷的碳当量相当于单位二氧化碳的21倍，一氧化二氮更高，达到了312倍。尽管它们的排放量相对较低，但造成的温室效应却不能忽视。污泥处理处置也会产生碳排放。从污泥填埋方面讲，欧洲为什么将填埋费变成了填埋税？主要是填埋会导致大量的温室气体排放。大型填埋厂一定会设甲烷的回收系统，问题是污泥中的有机物需要二三十年的时间才能彻底稳定下来，才能不再释放碳了，开始前5年可能释放50%，那个时候释放量比较大，我们还可以把它收集起来，可是剩下的50%需要二三十年的时间才能释放完，就没办法收集了，就会排放到大气中。因为污泥填埋比焚烧的碳排放量大，所以从温室气体排放控制的角度来看，首先是要杜绝填埋。但是，在填埋过程中，有机物会变成有机质，有机质会变成腐殖质。东北的黑土地好，就是因为土壤中含的腐殖质高达10%。土壤中腐殖质含量高就不会板结，透气性好，空气中的氮就可以进入土壤，生成肥料。富含腐殖质的土壤保持水分、保持肥料的能力强。

如果我们将有机物、污泥、垃圾等直接焚烧，相较于填埋会减少碳排放，但却破坏了腐殖质，进不到土地中去，就会导致土壤贫瘠，就需要更多的化肥。生产化肥需要消耗能源，大量灌溉用水也要消耗能源，所以很多时候，有机物焚烧不是最优的。

图｜2020年10月，王洪臣参加长江流域水环境整治技术交流会。

自然界存在一个无机物和有机物之间的相互平衡，无机物变成有机物就是通过光合作用，植物通过光合作用，把大气中的二氧化碳转换成人类用来维持自身生存的能量，比如小麦、玉米等粮食作物。如果没有光合作用，没有无机物向有机物的转换，就没有人类的生存。与此同时，有机物也需要回到土地，才能形成循环。如果焚烧，燃烧后产生的气体在大气中排走了，燃烧后的灰渣没法与土壤混合生成肥料，所以人类生态文明很重要的一点，就是要尊重大自然的循环，让有机物有序地回到土地里。

图｜2020年9月，王洪臣出席上海水业热点论坛。

污水处理的直接碳排放和间接碳排放合计占全社会总体碳排放量的1%至2%，虽然占比很小，但减排效益大。

在污水处理领域中，找到正确的技术以及正确的技术路线，就可以减少碳排放，其减碳的效益比能源、交通等领域要大得多。

总体上，污水处理应尽快往协同减排的方向走，既减排污染物也减排碳，协同减排越早越好。不能只考虑控制污染物而不考虑碳排放，对待有些为控制污染而带来高碳排放的投资要谨慎。

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中国环科院夏青：农村污水必须走就地资源化新路

随着我国城市化进程的不断深入，大量的青壮年劳动力涌入城市工作、生活。与此同时，农村的人口逐年减少，一些地方的农村居住环境越来越糟糕，典型的情景就是排泄物、生活污水等未经处理，直接排入河沟，不但破坏了景观，也给老百姓的身心健康埋下隐患。所以，农村污水治理也是乡村振兴战略的重要一环。

▲中国环境科学院前副院长兼总工程师夏青研究员

1月9日，《环境与生活》杂志记者采访了中国环境科学院前副院长兼总工程师夏青研究员，请他讲解农村生活污水的治理应该如何选择合适的环境技术。

农村污水必须从源头解决

目前，我国仍有约6亿人住在农村，农村地区占全国土地总面积的94%以上，这就意味着，农村人居环境的发展情况，将直接影响我国整体人居环境的水平。 夏青研究员从事一线科研工作多年，多次担任国家科技攻关项目和课题负责人，对农村污水治理问题有深入研究。《环境与生活》记者问：“我们国家提出了乡村振兴战略，在这个大背景下，您认为当前我国的农村污水应该如何处理？”对此，夏研究员娓娓道来：“所谓农村污水，一共分成三类，第一类是农家的生活用水；第二类是水产养殖，水产养殖一年有两次放水；第三类是畜禽养殖产生的污水。” 夏研究员进一步解释：“这三类的共同特点是必须从污染源头解决，不能像城市那样从尾端解决。农村治污决不能走城市集中处理的老路，必须代之以分散处理、分散利用，就地资源化、能源化的新路。其主要理由如下：第一，农村村庄分散，农户分散，不适合像城市这样修大型污水管网连接起来集中治理，必须采用分散与集中相结合的治理方式。第二，不同农村的水量多少都不同，有的村庄可能有一百户，有的村庄三户五户，基于这种情况，必须采用分散的、从源头治理的方式。第三，农村的排水去向决定了选用哪种治理技术，排出去的水要达到什么标准，这对技术的要求不一样。” 在污水处理设施的实际建设和运行中，有很多因素限制、影响、决定了技术的选择，夏研究员认为，“污水治理不能一刀切，应该因地制宜，结合实际情况选出最优方案，既要实用、适用，还要经济实惠。”

要根据污水来源和去向选技术

结合多年的工作经验，夏研究员明确指出，农村的污水处理不仅要从源头着手，还要考虑污水去向。 污水的源头和去向到底有什么关系呢？夏研究员详细解释：“第一，我们从源头把水分成了绿水、蓝水、黄水、黑水、灰水。绿水是指从天空降下来的液态水；蓝水是存在天空中的蓝天白云中间的气态水，没有降下来的；黄水指尿液；黑水是指粪便；灰水是指洗衣服等用的水。因为农村不适合修建大规模污水输送管网，我们必须把黄水、黑水和灰水这三种水从源头分开，再根据分类采用不同的治理方法：灰水可以排放到土地里渗透、蒸发；黄水在农村晒两三天后可以排进农田或菜地；黑水可以当肥料。第二，必须从源头考虑到污水的分类治理方式是不同的。第三，既然水的去向不同，那处理好的水只要达到其相应的排放标准即可。所以，治理污水要想省钱有效，不仅要结合污水去向，还要结合污水源头分类。” 污水去向不同，其相应的水质要求也不同，只要达标即可排放。夏研究员认为，农村污水治理还要尽量做到资源化、能源化。“首先，农村污水治理的难点在于，治理思路、理念先要正确，在思路正确的基础上，农村污水治理在考虑无害化的同时，一定要考虑资源化和能源化。” 夏研究员接着说：“其次，在选技术方案治理污水的时候，必须突出农村用水，因为农村在建污水处理工程后，在运营阶段可能会遇到运行费不足的难题，这就要求我们把经济因素作为最重要因素的考虑。当然，也有很多地方只考虑经济因素，只选择最便宜的方案，不考虑资源化，这也不符合农村的需求。同时，农村污水处理并不是等级越高越好，要根据用途选择指标，别追求太高的标准。如果污水处理后的去向是补给地表水，那水质达到地表水的标准就足够了。所以，农村污水处理技术的选择一定要考虑污水的最终去向，不能盲目一刀切，盲目追求达到最高标准。” 夏研究员还提醒：“最后，农村污水的治理工作不能只考虑农村污水，农村垃圾、化肥农药的利用等因素也要统筹考虑。现在，雄安农村使用低温热解焚烧处理装置处理垃圾，两个农民负责收集一个村两千户的垃圾，再送到焚烧炉焚烧。低温热解炉的好处是可以根据需要灵活调节。目前，奥地利农村使用多年的垃圾气化炉也已经引入国内，气化炉对垃圾品种无要求，只要挑走无机物，剩下的有机物就可以直接气化，实现垃圾能源化。”

“厕所革命”未来要资源化

2015年4月，习近平总书记专门就“厕所革命”批示，要求从小处着眼，从实处着手。厕所，从旅游系统开始率先改建。不久后，“厕所革命”也推进到农村领域。

▲图为双良商达实施的杭州临安区指南村村落景区污水处理站点，生活污水经过处理后用于冲厕和绿化。

针对“厕所革命”，夏研究员提出了三点看法：“厕所革命一要人性化；二要无害化；三要资源化。”人性化和无害化是指公共厕所的舒适度提高，为大家提供更好的卫生条件，旅游景区内的公共厕所更加便利，同时具备景观特色。 夏青认为，“厕所革命”前景无限，未来还要争取实现资源化，“如果农村的粪尿源分离，黄、灰、黑水单独收集进行资源化处理，只有生活污水进入下水道，那就可以降低污水处理的难度。家家户户都可以有厕所，不需要出门找公厕，厕所具备节水、节能、易清洗的功能，特别是黄、灰、黑水都找到资源化的出路。我们将厕所中的资源实现再利用，把有机质制成肥料，氮、磷等营养物回收，再利用粪便进行能源化处理，提供农业生产所需的能量……” 夏青还畅想未来，从农村开始的厕所革命将实现从农村包围城市，改变城市粪尿处置和城市下水道的建设，以及污水处理厂的运行，那将是本世纪城市变革的大事。 夏青认为，这种资源化的“厕所革命”和下水道变革才是符合生态文明建设要求的污水治本之道，才有可能实现污水处理厂绿色、低碳、循环的目标。 说到这里，夏青深情地说：“您试想一下，如果进入污水处理厂的污水将不包括黑水和黄水；主要污染物将变为商品肥进入农田；农村不再用化学肥料，确保城市的食品和饮水安全；城市下水道也不再输送粪尿营养物，城市工业文明回归农业生态文明，这将给人民群众带来多大的实惠。”

北方农村的污水治理难度更大

说到粪便的资源化、能源化利用，记者就联想到前些年，很多农村投入很大力气去推广粪便的沼气化利用，甚至用沼气发电，但这几年已经很少听到这方面的声音。夏研究员解释：“大多数农村的沼气发电项目可以说是失败了，主要原因是每家每户的规模太小，沼气发电需要控制温度、养分，而且受天气影响较大，技术比较复杂，后期的运行、控制、管理难度很大，再加上一家一户的沼气量很少，热值不高，不能作为主要用途，因此想要利用沼气发电必须规模化，不能以一家一户为单位。” 我国地大物博，地理、气候等情况比较复杂，不同地区的污水治理难度也因此不同。那么，南北方究竟有何差异呢？夏青研究员坦言：“我国南方地区的农村污水处理要容易得多，气温越低的地区，农村污水越难治理，一方面是厕所用水的运输比较难，另一方面是冬天的低温导致水结冰，缺水低温是北方冬天最难解决的问题。要想解决这个问题，农村的厕所就要想办法供暖，但供暖又导致经济成本增加。”

污水治理技术要不断优化

许多发达国家在生活污水治理上有较充足的资金保障。反观我国很多省份，至今在农村污水处理上仍然面临资金短缺的难题。对此，夏研究员认为，除了资金困难，我国还有一个问题，就是没有持之以恒地对技术不断优化，并降低经济成本。“第一，我们缺少技术目标优化。我国最大的问题是多个地方选择同一种技术，搞一刀切，没有根据不同地区实际需求选用最优方案，没有根据当地实际情况制定合理目标。第二，我们缺少经济优化。没有根据要达到的目标优选最经济的方案，所谓经济目标就是要综合各个因素，确定哪个方案最经济。” 在许多村庄，青壮年村民长年累月外出打工，只在重要节假日或农忙时回家，这就造成很多农村在节假日期间污水量猛增，污水量波动大，针对固定出水量设计的很多污水处理装置严重不适用。 另外，农村污水处理设施的规模往往非常小，数量多而且高度分散，很难为它们配备足够数量的专业运维人员，很多污水处理工程最后成了“晒太阳工程”，没有发挥应有的作用。那么，什么技术比较适合我国农村呢？夏研究员沉思了一下，慢慢说道：“农村不能选择与城市同样的污水处理方法。农村污水是分散处理的，不能统一修管网，所以还是必须选无人看管的技术。根据多年科学研究和300多个村的实践，我发现人工快速渗透技术可以实现机动、灵活的使用，基本不用看管，可以解决农村专业运维人员少这一问题。”

在采访的最后，夏青研究员总结道，要打赢农村污染治理攻坚战，得做好以下四点：

1

因地制宜，实事求是，做好规划编制，合理选择技术模式。

2

配合好农业农村等部门牵头的改厕工作，在方案编制、技术模式选择、设施建设和维护、排放标准制定等方面做好衔接。

3

强化技术指导，指导各地加快编制县域农村生活污水治理专项规划，做好示范引导，稳步推进农村生活污水治理项目建设，加快完善运维体系。

4

治理黑臭水体，按“摸清底数、试点示范、全面完成”三个阶段有序推进。

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来源：环境与生活

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