污水处理困局：“绿色家族”为何与可持续发展渐行渐远
当污水处理行业与可持续发展理念渐行渐远时，如何进行技术上的改造升级，成为了它目前所面临的挑战。
自1984年我国第一座大型城市污水处理厂在天津建成并投入运行以来，经过多年发展，住房城乡建设部的数据显示，截至2017年6月底，全国城镇累计建成运行污水处理厂4063座，污水处理能力达1.78亿立方米/日，与美国基本相当。
“应该说，通过国家这些年的支持，水污染治理行业已成为从业人数最多、技术门类最为齐全，各类业态最为发育的环保产业。”科技发展与管理专家、中国21世纪议程管理中心副主任柯兵说。
然而，这一庞大产业的背后，也存在着困局。水质科学专家、中国工程院院士曲久辉介绍，多年来，我国的污水处理行业从顶层设计到具体实践，一直存在着短视、粗放、混乱甚至劣质的问题。
中央也极力去破解这个困局。4月2日召开的中央财经委员会第一次会议确定，“污染防治攻坚战”要打好七场标志性的重大战役，包括打好城市黑臭水体治理、水源地保护、农业农村污染治理等攻坚战，确保3年时间明显见效。其中，涉及水污染防治的战役占了大头。
在此背景下，一个以污水处理概念厂为核心的城市综合体理念由此而生，4月17日，首个“城市污水资源概念厂及生态综合体”将在江苏宜兴奠基。
江西省南昌市一家污水处理厂。技术人员正在查看污水处理情况。摄影/章轲
污水处理之困
我国目前的污水处理行业，虽然是“绿色家族”的重要成员，却与可持续发展理念渐行渐远。
4月11日，污水处理设施建设和运营管理专家、中国人民大学环境学院副院长王洪臣对记者说，我国污水处理厂主要存在四个方面的问题，包括仍在沿袭国外上世纪六七十年代的工艺路线；以高能耗换取高水质；资源回收几近空白；忽视环境友好，“邻避”（不要建在我家后院）现象普遍发生。
这些年，各地污水处理厂不断冒出问题。2010年，原环境保护部公布的“2009年国家重点监控企业及污水处理厂主要污染物全年排放超标情况的通报”称，全国共监测了1587家国控城镇污水处理厂，全年监测全部达标的污水处理厂占监测污水处理厂总数的53%，部分测次超标的占31%，全部超标的占16%；对城镇污水处理厂监测中，化学需氧量全年排放超标有19家，江苏、内蒙古等省（区）排放超标企业较多。
2011年9月，原环境保护部公布的“2011年上半年国家重点监控污水处理厂监督性监测结果超标名单”中，超标排放的国家重点监控污水处理厂多达334家，约占总数的五分之一。
2016年和2017年，中央环境保护督察组对各地的反馈意见中，同样有多个城市的污水处理厂被点名。
从技术上分析，王洪臣说，现有污水处理技术路线的核心问题，是可持续发展理念的缺失，导致污水处理变成了一个高能耗、高物耗的行业，并在很大程度上阻断了能源与资源的循环利用。
水污染控制及产业发展战略专家、清华大学环境学院教授王凯军介绍，我国绝大部分污水处理厂取消了初沉池设计，大量采用延时曝气等高能耗工艺，以高能耗为代价实现污染物削减与减排，形成了“减排污染物、增排温室气体”的尴尬局面，“现有污水处理厂设置厌氧消化设施的数量不足3%，在硬件上直接否定了污水潜能的开发利用。”
在能源利用与回收方面，我国污水处理行业的具体行动也是几近空白。王洪臣介绍，污水处理是能源密集型行业，消耗的能源主要包括电力和燃料，电耗成本约占运行成本的60%~70%。高能耗一方面导致污水处理成本较高，使一些中小型污水处理厂运行困难，同时也进一步加剧了当前的能源危机。
此外，污水处理缺乏面向水环境多样化需求的科学水质标准。王洪臣介绍，目前的出水水质标准采用“一刀切”方式，没有顾及地域不同和经济发展不平衡等重大差异性问题，不利于生态敏感地区的水质保护以及缺水地区的水资源问题的根本解决。
同时，城市污水处理产生的大量污泥没有安全、妥善地融入自然循环，对环境造成严重隐患，污泥中营养物也没有得到有效利用。污水处理厂周边公众对污水处理过程所产生的恶臭和噪声积怨颇深，已成为不容忽视的环境问题。
在今年2月召开的2018年全国环境保护工作会议上，生态环境部部长李干杰表示，未来三年要着力开展清水行动，会同有关部门坚决落实《水污染防治行动计划》，扎实推进河长制湖长制实施，确保污染严重水体较大幅度减少，饮用水安全保障水平持续提升。
“大气的问题解决难，水的问题要解决起来更难。”李干杰表示，下一步要“两手发力”，一手抓污染减排，把污染物的总量减下来。另一手是抓扩容，开展生态系统的保护和修复，增强水生态系统的服务功能，使其有更大的接纳能力和净化能力。
浙江省临安污水处理一厂尾水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标要求，出水水质已优于A标。摄影/章轲
从污水处理概念厂到生态综合体
不得不提的是，城市污水其实蕴含着巨大潜能。
据专家估计，污水所含潜在能量是处理污水能耗的10倍，全球每日产生的污水潜在能量约相当于一亿吨标准燃油，污水潜在能量开发可解决社会总电耗的10%。仅以高效厌氧消化等成熟技术进行能量回收，污水处理能源自给率就可达到60%以上，有的处理厂甚至实现了完全能源自给。
王洪臣介绍，国际污水处理行业近年来出现了三个明显趋势，即污染物削减功能被进一步强化，以提高能源自给率为目标的提效改造进展迅速和污水处理过程的资源回收引起重视。日本相关机构曾测算，如将污水中的磷（每年5万吨）加以回收，可解决本国磷矿石进口量的20%。
“从世界范围看，污水处理行业正处于重大变革的前夜，城市污水处理厂的功能将由单纯污染物削减，转变为集污染控制、能源生产和资源。现有污水处理政策、技术、标准、规范以及行业标杆都将面临新考验。”王洪臣说，中国污水处理事业已经到了一个新的转折点，急需注入新活力。
“污水处理概念厂”由此而生。这一概念最早是在2014年1月，由包括曲久辉、王洪臣、王凯军、柯兵在内的6位环境领域专家第一次向社会进行阐述，他们将推出面向2030~2040年的城市污水处理工艺、技术与装备，促进产业升级，在5年内建成中国第一座城市污水处理概念厂并投入运营，带动中国水处理事业由跟踪到引领的跨越式发展。
其他2位专家分别为新兴污染物控制及环境安全专家、清华大学环境学院教授余刚和污水生物处理理论与技术专家、中国科学技术大学教授俞汉青。
4年后的2018年，这6位专家又意识到，与农业相关的环保问题不解决，环境永远不会有真正的改善，“我们要做的，是让污水处理、生态景观与现代农业融合，让城市与乡村互通。”
他们为此提出了一个新目标，打造全国领先、具有示范意义的以城市污水处理概念厂为核心的城乡生态综合体。
在这个城乡生态综合体中，污水处理厂变成了一个集养老、休闲、健身、体验于一体的生态公园，污水厂、垃圾场等城市“负资产”变为了与城市生活融为一体的“正资产”，成为中小城市生态文明建设的“发动机”。
六位水处理专家的合影。资料图
6位专家提出的污水处理概念厂新在哪？“城乡生态综合体”又有哪些特色？
“我想，这个概念厂应该是绿色的、低碳的，能够真正体现出可持续发展这一普世理念。”王洪臣说，同时，这一概念厂还应集中展示已经和即将工程化的全球先进技术，引领我国污水处理事业走向世界前列。
中国城市污水处理概念厂专家委员会秘书处负责人许国栋则用16个字来形容概念厂：水质永续、能量自给、资源回收、环境友好。
许国栋说，出水水质标准无疑是污水处理厂建设者的首要考虑，概念厂应包含面向水环境保护需求和面向水资源可持续循环利用的两类标准。
其中，第一类是指根据当地环境和社会可持续发展要求而需达到的出水水质标准，应在顶层设计、长远规划的基础上提出；第二类是完全满足水资源循环利用的标准，使污水从根本上实现再生。这类标准应考虑对包括新兴污染物在内的有毒有害污染物的深度去除，对缺水地区的水生态安全发挥保障作用。
“概念厂还应大幅提高污水处理厂能源自给率，在有适度外源有机废物协同处理的情况下，做到零能耗。”许国栋说，概念厂将实现在目前污水处理耗能基础上普遍节能50%以上，在具备有机物外源时做到能源自给。沿着概念厂的方向，有望为整个社会减少1%的能耗。
城市污水处理概念厂工艺路线图。资料来源：中国城市污水处理概念厂专家委员会
从高能耗向低能耗
许国栋还介绍，概念厂应根据当地实际情况，在城市长远发展视角下选择合理处置方式，使污泥最终达到无害化、资源化，并降低化学品的引入对污水处理厂出水、出泥带来的环境风险。
说到“环境友好”，许国栋解释说，概念厂还应追求感官舒适、建筑和谐、环境互通、社区友好。第一财经记者在一幅概念厂设计图上看到，这里不仅有污水处理，也有水景花园、土壤体验中心、农田、休闲公园，甚至还有美食广场。
许国栋表示，概念厂还将集中应用、展示已经和即将工程化的全球先进污水处理技术，并成为国际水处理工程技术考察、观摩学习的重要基地。
专家们设计的、以概念厂为核心的城乡生态综合体具备了四类功能，包括构建良性城乡物质循环，推动生态环境的可持续发展；形成集体育健身、休闲娱乐、教育科普、园艺服务等功能为一体的生态公园，服务中小城市民生；成为一个系统管理的精品现代农业区，引导农业升级，推动农民职业化；综合体本身可作为城乡过渡、城市发展新背景或新的低密度发展区。
污水处理新概念厂鸟瞰图。资料来源：中国城市污水处理概念厂专家委员会
4年来，6位专家的倡议已经得到了海内外同行的热切关注和积极评价。
“中国的概念厂项目或许会给污水厂从高能耗向低能耗，甚至能量正产出带来革命性的改变。”国际水协会执行主席博格坎普（GerBergkamp）表示，这项雄心勃勃的计划如果得以实现，将使得中国在污水厂碳中和方面成为世界的领先者。
欧洲艺术科学院院士马克˙梵˙洛斯德莱特（MarkvanLoosdrecht）也表示，中国有希望成为实践可持续污水处理的全球领导者，“当然，这是一个好消息。”
中国工程院院士、清华大学环境学院教授钱易表示，概念厂既符合中国需要又适应了世界发展潮流，方向非常好，是中国目前绝对需要的。“针对要用5年的时间建设一座概念性具有一定规模城市污水处理厂的提法，我建议把一座改为一批。”
去年，在确定了工艺技术路线之后，首座概念厂及生态综合体建设落户江苏宜兴。
“宜兴市与城市污水处理概念厂专家委员会的共同追求和高度共识，促成了首座概念厂落户宜兴，并委托中持水务股份有限公司作为该项目建设的实施主体。”许国栋说。事实上，毕业于清华大学环境工程系的许国栋，他的另一个身份就是中持水务股份有限公司董事长。
许国栋告诉记者，去年已聘请国内外知名行业专家针对宜兴概念厂项目进行了多项专题研究，并组织顶级团队进行项目规划设计。项目设计和规划的总体方案去年已成型，项目前期建设手续也已完成。
在宜兴概念厂的设计图示中，污水通过管道从宜兴市流入，在概念厂里得到净化并达到排放标准后，回归到环绕城市的河流湖泊中。水分蒸发后通过雨水落入山坡上的蓄水库，水库出水再被用作自来水流进居住区和工业区，经过使用后又成为污水流入概念厂，以此形成完整的循环圈。生态综合体不产生废物垃圾，污水可以转变成洁净水、生物和矿物肥料、沼气等资源。
许国栋对记者表示，通过概念厂及生态综合体的建设，形成完整的创新链条，产业间充分互动，有利于将宜兴建设成为中国的水务“创新引擎”。
“概念厂在未来肯定会遇到一些困难和问题，希望大家携起手一起推进这项事业。在产业技术政策、行业标准、技术准入等方面给予相应的政策支持，同时在规范行业自我发展和竞争方面能够创造一个公平的环境。”柯兵说。
浙江省临安污水处理一厂1.8万平方米的温室里种植了水生美人蕉、再力花等多种植物，以吸收氮、磷等营养物质，转化合成植物体。摄影/章轲
污水处理工艺能耗与产能对比。资料来源：中国城市污水处理概念厂专家委员会
2011-2015年全国污水处理厂单位电耗。资料来源：中国人民大学低碳水环境技术研究中心
资料来源：中国人民大学低碳水环境技术研究中心
资料来源：中国人民大学低碳水环境技术研究中心
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