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王凯军:地下污水处理厂的价值分析

时间:2015-07-17 10:08

来源: E20水网固废网

作者:李晓佳整理

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。


编辑:曲宏斌

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