曲久輝
中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院
生態(tài)環(huán)境研究中心研究員
◆本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者張蕊
“請(qǐng)問(wèn)如果要實(shí)現(xiàn)污水處理概念廠的理念，要突破的核心技術(shù)是什么？難點(diǎn)是什么？如何突破？有沒(méi)有時(shí)間表？請(qǐng)問(wèn)污水處理概念廠的單位投資、運(yùn)行費(fèi)用大概是多少……”
在2014（第十二屆）水務(wù)戰(zhàn)略論壇上，許多參會(huì)者紛紛向中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員曲久輝提問(wèn)。
在年初，包括他在內(nèi)的6位環(huán)境領(lǐng)域?qū)＜夜餐l(fā)起成立中國(guó)城市污水處理概念廠專家委員會(huì)，呼吁各界共同參與建設(shè)面向未來(lái)的污水處理概念廠。
本屆論壇上，曲久輝詳細(xì)介紹了我國(guó)污水處理概念廠的建設(shè)理念、發(fā)展趨勢(shì)、需要的核心技術(shù)等。他表示，需要用新概念引導(dǎo)中國(guó)乃至全球污水處理的步伐，帶動(dòng)污水處理向新的趨勢(shì)、新的技術(shù)、新的理念方向發(fā)展。
污水處理急需新路
不是簡(jiǎn)單地去除污染物，更應(yīng)該在節(jié)能、資源回收、環(huán)境友好方向上發(fā)展
“100年來(lái)傳統(tǒng)的活性污泥法對(duì)解決污水處理問(wèn)題發(fā)揮了重要作用。現(xiàn)在我們需要反思，污水處理需要一條什么樣的新路？”曲久輝說(shuō)。
曲久輝表示，傳統(tǒng)的A2O法（厭氧—缺氧—好氧法）、氧化溝法或者SBR法（序批式活性污泥法）在污水處理上發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，一些新技術(shù)比如雙膜法、源分離技術(shù)、厭氧氨氧化技術(shù)等都在概念上和工藝上對(duì)傳統(tǒng)的活性污泥法提出了挑戰(zhàn)。“污水處理不是簡(jiǎn)單地去除污染物，更應(yīng)該在節(jié)能、資源回收、環(huán)境友好的方向上進(jìn)行新的革命性發(fā)展。”
曲久輝以美國(guó)和新加坡的污水處理廠為例進(jìn)行了說(shuō)明。上世紀(jì)60年代，美國(guó)提出具有超前思維的“21世紀(jì)水廠”概念，將污水處理標(biāo)準(zhǔn)提升至飲用水級(jí)別，對(duì)行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響；新加坡開(kāi)發(fā)了“New water”工藝，通過(guò)傳統(tǒng)的生物處理加雙膜法，實(shí)現(xiàn)了從污水到飲用水的深度回用，帶動(dòng)了新加坡水業(yè)的跨躍式發(fā)展，使其一躍成為世界性水務(wù)中心。
污水處理概念廠有何不同？
更強(qiáng)調(diào)對(duì)污染物的削減作用，同時(shí)統(tǒng)籌考慮資源回收、能量轉(zhuǎn)化、有害有毒污染物去除
我國(guó)的污水處理概念廠有何不同？對(duì)此，曲久輝解釋說(shuō)，在我國(guó)污染問(wèn)題更加復(fù)雜、污染物種類不斷增加、水環(huán)境質(zhì)量要求不斷提高的現(xiàn)狀下，我們的污水處理概念廠應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)對(duì)污染物的削減作用。
“污水中的污染物是非常復(fù)雜的，實(shí)現(xiàn)對(duì)更多污染物的去除，這是對(duì)工藝的新要求。我國(guó)現(xiàn)在僅僅考慮水質(zhì)達(dá)標(biāo)問(wèn)題。達(dá)標(biāo)并不意味著出水水質(zhì)或者進(jìn)入受納水體的水質(zhì)就是生態(tài)安全的。”他說(shuō)。
污水處理概念廠追求的是健康的水質(zhì)。那么，什么是健康的水質(zhì)？如何達(dá)到這一要求？曲久輝說(shuō)，就是污水處理要把資源回收、能量轉(zhuǎn)化、有害有毒污染物去除進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。
“污水中潛在的能量是處理它所需要能量的10倍，如果能將這些潛在能量加以利用，市場(chǎng)前景將十分巨大。轉(zhuǎn)向新的理念，使物質(zhì)能夠資源化、能源能夠自給，這是污水處理發(fā)展的必由之路。”曲久輝說(shuō)。
他也通過(guò)案例和數(shù)據(jù)介紹了這方面的情況，美國(guó)城鎮(zhèn)污水處理電耗占全社會(huì)總電耗的3%，以色列為10%，中國(guó)城鎮(zhèn)污水處理電耗已突破100億kWh。全球每日產(chǎn)生的污水潛能相當(dāng)于1億噸標(biāo)準(zhǔn)燃油的能量。一些地區(qū)部分污水處理廠能源自給率可達(dá)到 60%以上，甚至完全自給。
據(jù)他介紹，奧地利Strass城市污水處理廠，采用A/B兩段生物處理法，處理規(guī)模為25000m3/d，1996年就達(dá)到能量自給率49%，2006年就達(dá)到108%。“也就是說(shuō)除滿足自給使用外還有剩余。”
從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，中國(guó)是世界上唯一一個(gè)10年內(nèi)污水處理量翻番的大國(guó)。10年后我國(guó)的污水處理量將與美國(guó)污水處理能力相當(dāng)。如果達(dá)到同樣的處理量和現(xiàn)有水質(zhì)的話，使用的電能又將是多少？如此巨大的電能消耗將給環(huán)境、資源造成巨大的負(fù)擔(dān)。“實(shí)現(xiàn)能量、水、營(yíng)養(yǎng)物回收可以構(gòu)成三位一體的發(fā)展模式，這樣可以回收和節(jié)省大量能源和資源。”曲久輝說(shuō)。
概念廠能實(shí)現(xiàn)四個(gè)追求嗎？
水資源、物質(zhì)循環(huán)利用，提高能源自給率，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好已具備相關(guān)技術(shù)條件
曲久輝表示，建設(shè)好中國(guó)污水處理概念廠，提高我國(guó)污水處理技術(shù)水平和管理水平，已經(jīng)具備了相應(yīng)的人力、經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)條件。
據(jù)他介紹，中國(guó)的污水處理概念廠有4方面的追求，即追求水資源可持續(xù)循環(huán)利用、追求提高能源自給率、追求物質(zhì)合理循環(huán)、追求環(huán)境友好。而這4個(gè)追求也影響到概念廠核心技術(shù)的應(yīng)用。
“污水處理概念廠要追求水資源可持續(xù)利用。在利用水資源時(shí)，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)特別重要的問(wèn)題。”曲久輝透露，他們正在研究建立一套可持續(xù)的水質(zhì)指標(biāo)體系。
他表示，制定指標(biāo)體系的基本原則是滿足水環(huán)境保護(hù)需求和實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。目標(biāo)是在未來(lái)20年~30年，能夠帶動(dòng)和指導(dǎo)我國(guó)污水處理的標(biāo)準(zhǔn)制定。“這就需要把水質(zhì)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)考慮。但有兩個(gè)原則需要堅(jiān)持，一是處理后的水一定是生態(tài)友好的。二是污水中有機(jī)碳的能源化和磷、氮等物質(zhì)的資源化也要與水質(zhì)指標(biāo)的制定統(tǒng)籌考慮。”
曲久輝表示，污水處理概念廠的第二個(gè)追求就是提高能源自給率，實(shí)現(xiàn)能源完全自給，這在技術(shù)上已經(jīng)完全具備條件。
他說(shuō)，污水處理概念廠要合理利用有機(jī)物富含的碳源，建立新工藝、新技術(shù)、新裝備以及創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)能源自給。“通過(guò)粗略估算，希望能夠?yàn)槿鐣?huì)節(jié)約1%的能源。”
此外，概念廠還要追求物質(zhì)的合理循環(huán)，污泥的無(wú)害化、資源化，對(duì)氮、磷、硫等有用物質(zhì)進(jìn)行有效回收。同時(shí)，降低外部化學(xué)品的消耗。
曲久輝強(qiáng)調(diào)，污水處理概念廠將追求環(huán)境友好。即做到排出物對(duì)生態(tài)環(huán)境安全，融入周邊社會(huì)，不影響周邊土地的使用功能并向污水經(jīng)處理后成為飲用水補(bǔ)充水源的方向發(fā)展。“可以嘗試將沒(méi)有異味兒、不影響居民健康的概念廠建到社區(qū)，使之成為公眾的娛樂(lè)場(chǎng)所。”曲久輝說(shuō)。
技術(shù)及建設(shè)運(yùn)行有何特點(diǎn)？
重視智能化、資源回收與能源自給，建設(shè)費(fèi)用較一般污水處理廠高，但運(yùn)營(yíng)費(fèi)用有可能降低
哪些技術(shù)在污水處理概念廠的建設(shè)中是核心技術(shù)？曲久輝表示，概念廠的建設(shè)應(yīng)該是系統(tǒng)集成，是概念、技術(shù)、管理、運(yùn)行、控制的集成，因此，智能化在概念廠的建設(shè)過(guò)程中尤為重要。同時(shí)，能量轉(zhuǎn)化、資源回收和水質(zhì)保障技術(shù)將是概念廠建設(shè)的核心技術(shù)。
從能量轉(zhuǎn)化來(lái)講，國(guó)外有現(xiàn)成的技術(shù)，例如奧地利的Stress水廠已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。但如何找到適合中國(guó)的技術(shù)呢？曲久輝認(rèn)為需要滿足兩方面要求：一是能夠最大程度的降低能耗，二是能把水中的有機(jī)物高效地轉(zhuǎn)變成能源，尤其是碳源問(wèn)題。
在水質(zhì)保障技術(shù)上，曲久輝表示，當(dāng)前我國(guó)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是一級(jí)A、一級(jí)B等，若要建成生態(tài)健康、社區(qū)友好的污水處理廠，還要有兩個(gè)要求，一是如何做到在線監(jiān)測(cè)和對(duì)水質(zhì)毒性的預(yù)警，二是在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上如何保證出水水質(zhì)沒(méi)有毒性。同時(shí)，在污水處理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)磷、氮等有機(jī)質(zhì)資源的回收也尤為重要。
針對(duì)大家普遍關(guān)注的概念廠建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用問(wèn)題，曲久輝透露，如果設(shè)定在面向未來(lái)20年，概念廠的建設(shè)費(fèi)用應(yīng)該至少是現(xiàn)在一般污水處理廠的1.5倍左右。如果能做到能源自給、運(yùn)行控制能耗良好，則運(yùn)行費(fèi)用一定會(huì)低于現(xiàn)在的污水處理廠。
他表示，概念廠在商業(yè)模式上也會(huì)有所創(chuàng)新。“我們并不希望采用社會(huì)常規(guī)的競(jìng)爭(zhēng)方式來(lái)建設(shè)概念廠。概念廠運(yùn)行后也不會(huì)完全適用BOT（建設(shè)—經(jīng)營(yíng)—移交）、BT（建設(shè)—移交）的模式。因?yàn)楦拍顝S需要逐漸發(fā)展、完善，因此，商業(yè)模式也要有所創(chuàng)新。”
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