【水業(yè)導(dǎo)航】有關(guān)城市水污染控制系統(tǒng)技術(shù)的一點(diǎn)認(rèn)識
原創(chuàng) 2015-02-02 給水排水獨(dú)家刊登 給水排水
作者：水專項(xiàng)城市主題集成課題組
今年將是人類環(huán)境保護(hù)歷史的重要一年，全球?qū)V泛討論有關(guān)人類未來可持續(xù)發(fā)展的兩項(xiàng)重大議程,環(huán)境問題將再次成為當(dāng)今世界政治的核心議題。這兩個議題一是關(guān)于2015年千年目標(biāo)后的全球可持續(xù)發(fā)展新目標(biāo)的確定；其二是在今年年底的巴黎氣候峰會，人類將為把2050全球溫度升高控制在兩度之內(nèi)進(jìn)行最后的努力。這兩項(xiàng)議程所設(shè)定的目標(biāo)高低標(biāo)志著人類在應(yīng)對全球環(huán)境挑戰(zhàn)時是否采取一致行動的意愿中能否取得新的拐點(diǎn)。
在過去30年中，中國的環(huán)境保護(hù)一直在蹣跚前行。不論在戰(zhàn)略還是執(zhí)行層面，環(huán)境保護(hù)在國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的地位日益提高，但卻始終面臨著兩個尷尬的狀況,其一是環(huán)境質(zhì)量整體惡化局部改善的態(tài)勢基本沒有改變；其二是盡管擁有技術(shù)進(jìn)步等后發(fā)優(yōu)勢，我們一些主要污染物的人均GDP峰值并沒有如OECD等國家的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境關(guān)系所揭示的那樣早些到來。造成這兩個問題的原因是多方面的，但從技術(shù)層面上看，過多短期功利性的技術(shù)措施、污染控制目標(biāo)的單一與不合理、以及整體污染控制方案缺乏成本和可行性分析等均值得我們反思。由于政策和技術(shù)等諸方面的問題，在城市水污染控制中大量出現(xiàn)了重調(diào)水輕治理、重地上輕地下、重景觀輕排放、重水線輕泥線、重建設(shè)輕運(yùn)行、重末端輕源頭、重規(guī)模輕質(zhì)量等問題，使得我國不論城市區(qū)域?qū)用孢�是環(huán)境行業(yè)的整體投資與技術(shù)效率不高。
坦率地講，我國的污染治理基本上延續(xù)的是發(fā)達(dá)國家的技術(shù)體系。我們在技術(shù)復(fù)制過程中所表現(xiàn)出的宏觀問題除早期經(jīng)驗(yàn)不足外，深層次的原因可能更主要的是我們在治理體系上的嚴(yán)重不足。今年將在去年“大氣十條”的基礎(chǔ)上，國家出臺“水十條”，新修訂的《環(huán)境保護(hù)法》也已于2015年1月1日正式實(shí)施，希望這些新的強(qiáng)有力的舉措帶來的不僅僅是更多的財政投入、更嚴(yán)厲的懲處和更高大的控制目標(biāo)，而是能夠有效推動環(huán)境保護(hù)治理體系的深層次改革，在政策、技術(shù)和管理層面，真正形成制度化的長期性、整體性和科學(xué)性的解決方案。各種研究表明，中國環(huán)境質(zhì)量的整體恢復(fù)需要10～20年的時間，我們能走得多快、走得多好、能否達(dá)到目標(biāo)，將依賴于我們在新的一輪全球環(huán)境浪潮推動下，抓住國家經(jīng)濟(jì)和社會轉(zhuǎn)型這一難得的戰(zhàn)略機(jī)遇期，能否在治理體系上盡早建立起有效遏制環(huán)境惡化的制度性拐點(diǎn)。
水是城市發(fā)展的重要自然資源、經(jīng)濟(jì)資源、社會資源和生態(tài)基礎(chǔ)要素。早在2002年的南非約翰內(nèi)斯堡可持續(xù)發(fā)展世界首腦會議上，水問題即被列為五大可持續(xù)發(fā)展的世界性挑戰(zhàn)之首。人類對水環(huán)境問題的強(qiáng)烈關(guān)注反映了不同國家在其歷史上尋求各自發(fā)展進(jìn)程中的共同經(jīng)驗(yàn)：水資源具有不可替代的特殊戰(zhàn)略性地位。全球化、城市化和技術(shù)創(chuàng)新是本世紀(jì)推動自然和人類社會變化的核心動力，人口的增長和人口向城市的聚集所帶來的水環(huán)境問題將長期成為全球亟待解決的重要問題。從本質(zhì)上看，水問題是一個流域性和局域性的問題，它的全球化更多體現(xiàn)在全球各個地區(qū)都面臨著不同程度的水問題，而在局域?qū)用嫔�，水設(shè)施又表現(xiàn)了明顯的自然壟斷性。水的這兩點(diǎn)屬性決定了在治理空間上技術(shù)方案選擇的多樣性和治理成效上對整體技術(shù)集成而非單一技術(shù)的依賴。因此在這里，本文將不討論單一水污染控制技術(shù)的發(fā)展問題，而是從宏觀視野提出5個問題，以與大家共同商榷。
1關(guān)于城市水污染控制技術(shù)體系問題
去年是活性污泥工藝誕辰一百周年，我們在廣泛慶祝活性污泥法在解決城市水環(huán)境問題中所發(fā)揮的核心作用時，也要清醒地認(rèn)識到，一百年來，相對于影響世界變化的各種革命性、顛覆性技術(shù)的蓬勃發(fā)展，城市水污染控制技術(shù)的進(jìn)步實(shí)在是微小的、極其遲緩的（incremental）。在城市中，不論是在污水的排放方式、收集模式上，還是在處理流程上，都在固有的傳統(tǒng)布局、結(jié)構(gòu)和工藝線上展開和修補(bǔ)。技術(shù)應(yīng)用的模式也仍然停留在工藝選擇、設(shè)計、經(jīng)驗(yàn)積累（know—how）、規(guī)范這一傳統(tǒng)的土木工程的實(shí)踐范式中。即使信息、傳感和控制技術(shù)已廣泛深入到今天幾乎人類生活的所有方面，城市排水系統(tǒng)的運(yùn)行仍然停留在粗放式、經(jīng)驗(yàn)式、開環(huán)的非現(xiàn)代工業(yè)化的范疇。
百年來，城市排水系統(tǒng)一直缺乏技術(shù)變革的動力。究其原因可能來自兩個方面，其一是城市基礎(chǔ)設(shè)施的巨大投資和自然壟斷特征所帶來的技術(shù)鎖定效應(yīng)，即新技術(shù)的產(chǎn)生只能在原有技術(shù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上才更易于應(yīng)用；其二是現(xiàn)有的技術(shù)體系較好地解決了OECD國家的城市常規(guī)水污染問題。對于我們來說，技術(shù)體系上的跟蹤與復(fù)制無疑是一種安全的、易于實(shí)現(xiàn)的模式，這也是為什么過去30年來我們的城市排水系統(tǒng)建設(shè)基本沿循了歐美技術(shù)模式，而學(xué)術(shù)界很少對這一模式的合理性產(chǎn)生過集體反思和批判，從而在技術(shù)和學(xué)術(shù)上深入探討是否可以找到更好的突破性的、革命性的新范式（paradigm）。
到目前為止，全球只有OECD國家整體上完成了城市化和現(xiàn)代化進(jìn)程，人類至少還有6個甚至更多同樣體量人口的國家將以更快的速度完成城市化和現(xiàn)代化進(jìn)程。關(guān)于城市水問題的解決方案，今天最大的科學(xué)爭論是兩個問題，一是目前的城市水污染控制技術(shù)模式是否可以解決未來全球城市化所帶來的水問題，其二是在技術(shù)廣泛進(jìn)步的今天，這一技術(shù)模式是否在經(jīng)濟(jì)上仍然是最佳可行方案，從而更好地減輕人類社會特別是老齡化社會的環(huán)境負(fù)擔(dān)。第二個問題顯然更為復(fù)雜，但至少在第一個問題上的答案已經(jīng)走向了否定。由于人口密度的大幅增加和超大城市在發(fā)展中國家的大量出現(xiàn)，不論在地理空間、自然容量還是在城市與鄉(xiāng)村的營養(yǎng)物質(zhì)平衡上，以及用水形態(tài)的變化上，都從質(zhì)上（critical mass）改變了人類對城市排水設(shè)施的控制目標(biāo)要求。例如，全球性的活性氮失衡已經(jīng)呈現(xiàn)出與氣候變化同樣急迫的全球性挑戰(zhàn)。氣候變化所帶來的極端干旱和降雨沖擊的增多，對城市水環(huán)境設(shè)施的脆弱性和適應(yīng)性提出了新的要求。因此，在我們尋求今天城市水問題的技術(shù)模式時，必須以批判性思維，在學(xué)術(shù)上以全球的視角和更長遠(yuǎn)的眼界來提出我們的問題導(dǎo)向。
國家科技、建設(shè)和環(huán)保等部門歷來高度重視水污染控制技術(shù)的研發(fā)，不論是基礎(chǔ)研究、還是863計劃、攻關(guān)項(xiàng)目和支撐計劃，都進(jìn)行了廣泛的布局和支持。特別是在“十一五”期間，啟動了國家水重大專項(xiàng)，這是迄今為止人類歷史上對水污染控制技術(shù)投入強(qiáng)度最大的一次整體化、集團(tuán)式攻關(guān)，幾乎國內(nèi)所有的重要研究單位都加入其中。通過幾年的努力，城市主題在污水處理廠一級A升級改造、污水回用、排水管網(wǎng)收集、城市面源污染控制、污泥處理處置、城市黑臭河道水質(zhì)改善等方面取得了一系列技術(shù)突破，推動了相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用和成熟，帶動了城市排水設(shè)施的建設(shè)和提標(biāo)。但遺憾的是，水重大專項(xiàng)主要面向的是我國今天急迫解決的水環(huán)境污染問題和相關(guān)的現(xiàn)實(shí)工程需求，因此在技術(shù)體系的設(shè)計上不得不在傳統(tǒng)的學(xué)術(shù)范式框架內(nèi)展開，主要注重空間上的技術(shù)集成和短期的技術(shù)示范方案。但就技術(shù)發(fā)展而言，如果我們今天不生活在未來，我們明天只能生活在過去。因此，如前所述，我們幾十年的科研布局還不是從長遠(yuǎn)的系統(tǒng)技術(shù)需求上進(jìn)行思考，這意味著我們未來的技術(shù)產(chǎn)出和選擇將會越來越依賴于今天的技術(shù)路線。今天我們需要學(xué)術(shù)界跨越傳統(tǒng)的城市排水體制和結(jié)構(gòu)、跨越傳統(tǒng)的處理工藝流程概念、跨越傳統(tǒng)的土木工程設(shè)計方法、跨越自身所熟知的學(xué)術(shù)領(lǐng)域和知識范疇，以長遠(yuǎn)的、全球和區(qū)域城市化水問題而非城市水問題為導(dǎo)向，探索建立新的水環(huán)境技術(shù)范式。
2關(guān)于建立地方和行業(yè)水環(huán)境治理績效體系問題
技術(shù)創(chuàng)新的動力來自于充分的市場競爭和法律約束。我國環(huán)保法明確規(guī)定地方政府是環(huán)境保護(hù)的責(zé)任人，但遺憾的是，本次修改后的環(huán)保法只對企業(yè)提出了明確的法律懲處約束，對由地方政府負(fù)責(zé)的社會排污（如生活污水排放）卻仍停留在較弱的法律約束上。在法律約束不健全的制度環(huán)境下，對于區(qū)域壟斷性的水行業(yè)，不論資產(chǎn)和運(yùn)行的歸屬性質(zhì)如何，我們必須盡快建立起全國性的、公開的、可核實(shí)的、真正的績效標(biāo)桿體系。各國的經(jīng)驗(yàn)證明，沒有這樣的標(biāo)桿體系，即使傳統(tǒng)技術(shù)體系的改進(jìn)也將極其緩慢，我們?nèi)詫⑹且粋�以資本、行政而非技術(shù)為主導(dǎo)的行業(yè)，而這樣的行業(yè)是沒有全球競爭力和技術(shù)突破希望的。英國水行業(yè)市場化改革的成功不僅是打破壟斷、引入外來資本，更重要的是建立了一套績效標(biāo)桿體系，從而帶動了整個行業(yè)在有序的競爭中大幅提高行業(yè)效率。只要我們的市場仍停留在無序、低價的惡性競爭中，就難以形成對技術(shù)的依賴。國家水專項(xiàng)城市主題中曾專門設(shè)立績效研究課題，但研究成果甚不理想，其核心原因不僅在于課題沒有探索采取先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，更在于數(shù)據(jù)的不可獲得。但是，今天中國的排水市場已經(jīng)完全國際化，大量國際企業(yè)參與城市水設(shè)施的運(yùn)行與建設(shè)，我們沒有理由以數(shù)據(jù)保密為借口來阻礙績效體系的建立。在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)公開不僅有助于水行業(yè)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的創(chuàng)新，更將有助于建立透明、規(guī)范的市場監(jiān)督體系，從而推動行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
3關(guān)于集成技術(shù)問題
即使在傳統(tǒng)的城市排水體系中，城市水污染控制技術(shù)的有效性也首先依賴于設(shè)施的空間布局以及收集系統(tǒng)的體制和規(guī)模結(jié)構(gòu)的設(shè)計，他們不僅影響城市排水系統(tǒng)設(shè)施的波動性、負(fù)荷強(qiáng)度和沖擊性，更是經(jīng)濟(jì)性和長期損耗的主要影響因素。如排水管網(wǎng)及其運(yùn)行模式不僅影響污染物的沉積、降解以及由此導(dǎo)致的管網(wǎng)腐蝕，而且對污水處理廠的運(yùn)行負(fù)荷沖擊、溢流量等帶來不可忽視的影響。但由于早期集成技術(shù)和空間分析技術(shù)的匱乏和認(rèn)識的局限性，學(xué)術(shù)界的主要興趣一直在“廠”的處理工藝技術(shù)上，或處理工藝的組合上，嚴(yán)重忽視了在城市空間上對各種水污染控制設(shè)施和技術(shù)的集成技術(shù)的研究。今天，隨著空間技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器和模擬技術(shù)的快速發(fā)展，城市排水系統(tǒng)的數(shù)字設(shè)計和數(shù)字運(yùn)行已經(jīng)成為可能，特別是海綿城市理念的提出對低影響開發(fā)設(shè)計的需求，全面拓寬了城市排水設(shè)施傳統(tǒng)的“網(wǎng)—廠”結(jié)構(gòu)，而成為“面—網(wǎng)—廠”結(jié)構(gòu)，這無疑會大幅提升城市的排水系統(tǒng)設(shè)計的整體效益。新技術(shù)的出現(xiàn)要求改變城市排水設(shè)施現(xiàn)有的規(guī)劃設(shè)計程序，傳統(tǒng)的、經(jīng)驗(yàn)式的“總規(guī)—詳規(guī)—設(shè)計”的規(guī)范模式已經(jīng)成為科學(xué)設(shè)計和集成城市水污染控制設(shè)施的制度羈絆。今天，城市排水設(shè)施已經(jīng)開始進(jìn)入到像設(shè)計冰箱這樣工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展階段，我們這一行業(yè)應(yīng)當(dāng)建立新的規(guī)劃與設(shè)計規(guī)程。也只有這樣，排水設(shè)施的規(guī)劃與設(shè)計才能與城市的生態(tài)設(shè)計理念實(shí)現(xiàn)真正的底層結(jié)合，從而成為城市設(shè)計的核心專業(yè)而非依附專業(yè)。
5關(guān)于控制標(biāo)準(zhǔn)和成本效益問題
城市污水處理設(shè)施的設(shè)計目標(biāo)從來都是與區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和容量密切相關(guān)的，世界各國也都是依據(jù)設(shè)施的規(guī)模確定排放標(biāo)準(zhǔn)。但我們目前在污水排放標(biāo)準(zhǔn)上，不論區(qū)域排放點(diǎn)在哪里、不論污水處理廠的大小如何，一律采取同一標(biāo)準(zhǔn)。這種做法看起來公平與嚴(yán)格，但事實(shí)是極不科學(xué)、不合理的。它忽略了不同規(guī)模污水處理廠對排放環(huán)境影響的不同以及由此帶來的不同運(yùn)行成本，忽略了城市整體排水設(shè)施的設(shè)計效益,特別是源頭控制對減排的益處可以減輕下游水廠的處理水平。為解決這一問題，我們必須改變現(xiàn)有的排水體制，要將國家對排水標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)管從水廠上升到城市水體質(zhì)量的監(jiān)管，而將城市污水處理廠的監(jiān)管權(quán)力和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定留給地方，真正體現(xiàn)地方是環(huán)境保護(hù)責(zé)任主體的權(quán)利與義務(wù)的統(tǒng)一。
本文撰寫過程中，綜合了部分水專項(xiàng)城市主題技術(shù)集成成果（課題編號：2014ZX07323001）。
本文來自《給水排水》雜志2015年第2期。
