首页 > 专栏 > 正文

王凯军:产业发展趋势的探讨与面临的瓶颈问题

时间:2018-08-27 09:24

作者:王凯军

8月22日, 在“2018(第十届)上海水业热点论坛”上,国家环境保护技术管理与评估工程技术中心主任,清华大学王凯军教授就“产业发展趋势的探讨与面临的瓶颈问题”进行了主题分享。 

blob.png

国家环境保护技术管理与评估工程技术中心主任 王凯军

水污染控制需求发生了巨大变化

“再出发对我们大家而言,都是巨大的挑战”。王凯军老师表示,我国水污染控制需求正在发生巨大变化,总结了以下五条变化:

blob.png

我国越来越重视流域综合整治和生态修复,尤其是一些敏感地区、发达地区,并针对相应环境问题提出了一些更高排放要求。针对这个话题行业最近争论很大,但毋庸置疑,这将是一个开始的趋势。

针对这种转变,从水业整体来讲,立足整个污水处理系统的角度来看,而非污水厂的角度。王凯军指出,我国正面临多种难题,暂且称为“无解难题”,即在现行政策条件、现有标准下、现有体制情况下,目前还没有找到良好解决方案的问题。

blob.png

第一,我国至今没有解决排水体制的问题,今后相当长的一个时期不能支持高水平水环境的要求。因为,河长制、黑臭水体、断面考核、环保督察,都是以水环境的考核为导向的;

第二,重厂站轻管网的恶果突显;

第三,我国的污水处理工艺存在系统性的缺陷;

第四,我国在资源能源利用上存在先天不足。主要是我国在污泥处理上,业内一直探讨走厌氧资源化,但是将近十年了,我国依然处于原地踏步阶段。王凯军指出,在除磷的问题上,采取化学处理方式来处理,因此使得磷的回收也面临困难问题,而这些问题在现有政策、标准、体制下会对我国下一步的发展形成重要影响。王凯军详细分析了环保行业正经历从追求结果到关注环境效果转变的重要变化趋势。

网络及业界一直对排放标准和质量标准的矛盾产生巨大争议。怎么来解决这一问题?一级A、Ⅳ类水能不能全面解决现有问题?以什么方式解决?这是我国正在面临的非常现实的系统挑战。针对这一挑战,北京率先出台DB11地方标准,随之天津、合肥、太湖、浙江等地方最近也陆续出台了一系列新标准来应对挑战。而在国家层面上,也提出了建立河长制的解决方案,连习总书记在新年祝词里面都提到我国要增加“河长”。

而若在我国和地方的标准发生变化情况下,是否就能解决这一问题?最近关于一篇污水排放标准的文章,在业界引起很大反响,实际来看,需要跳出争论本身思考,站在更高层次考虑环境问题。王凯军举例,北京市250万吨污水从建厂到提标至准Ⅳ类,投资约130个亿,而京承高速北京段132.4公里就花了132亿,所以关键看政府对环境、水资源采取什么态度。北京污水处理和水资源的问题,并不因为缺钱,而是够不够重视的问题。直到习近平总书记提出以水定人、以水定城,以水定产,才解决了水在北京城市发展中的定位,那么肯定是先搞治水,而非先建路。

王凯军以一张美国纽约的地图为例,他们最低标准是可渔。他介绍,美国清洁水法两个最核心的内涵是“可渔、可游”。 “可游”是身体可以接触,“可渔”是可以钓鱼,保证生态安全。我国(即使是城市)难道不需要Ⅲ类水、Ⅳ类水,难道Ⅴ类水就足够了吗?这就取决于我国在文明生态建设中把水置于何种重要程度。

在金融危机之后,我国提出了关于高铁的全国性规划,投资近万亿,从而建立了现在开放、快速、便捷的交通系统,说明行业的发展取决于行业所处的位置高度。因此,不应争论具体的技术问题,而是争取将水至于我国主要产业战略定位的高位。王凯军表示,我国现阶段的问题不是没有钱,而是钱花在了不适当的位置。

前段时间,房地产面临一轮挑战, PPP也处于非常热的阶段( “十三五”期间水务PPP市场空间达两万亿)。同时以住建部为主导,发改委跟进,提出了特色小镇发展战略。王凯军表示,实际上这一轮发展里,水行业没能挑起我国经济发展重要资源调配这一重任,这一轮的重任,落在了特色小镇。王凯军指出,原因是我们行业缺乏系统顶层的设计规划,水行业缺乏顶层设计,行业体量不足以支撑我国经济复兴、不足担当在转型阶段支撑经济发展的重任。他认为,不谋全局者,不足以谋一域,我国需从整个水系统、从国土宏观层面、流域层面进行顶层设计。

回到“以什么方式解决”的问题,北京在实行了第一轮“三年行动计划”之后,发现距离达到Ⅳ类水、Ⅴ类水,仍然有一定的差距。北京流域都是水资源缺乏且为缓流水体,数据显示,通州即使把再生水资源全部用上,150万吨的换水周期仅为十天。意味着一场雨之后,基本上水体不达标。所以在雨季,所有水体整个夏天一半水体可能不达标。王凯军认为,未来相当长一段时间内,城市面源污染控制将是环保治理的重点方向之一,随着环境法、地方责任凸显,必然会考虑到城市面源的问题。

我国将经历从点源污染控制转变为面源污染控制的过程。如果在城市工业消减的情况下,统计结果显示,COD、总氮的负荷正逐渐增高,2015年畜禽养殖业COD排放量已达到40%以上。其中村镇污水的COD、氮、磷污染超过城市污水,主要流域村镇COD污染负荷超过城市生活和工业污染的总和。

blob.png

我国现有排水体制与水环境目标管理显现出不适应性

王凯军指出,从我国现有规范来看,归根结底推的是分流制。进一步分析,我国采取的截留制和国外的合流制有所不同,不同点体现在国外以“截”为导向,一般国外的截留率是85%到95%;而我国合流制是以“排”为主导思想,如果截留倍数为1,代表剩下部分全部排走,可以理解为排了以后的部分不归我管,这是两者之间本质的差别。_ueditor_page_break_tag_

另外的不同体现在:国外主要控制的污染物是大肠杆菌,而在我国以环境质量导向为前提下,控制的不仅仅是大肠杆菌,还包括COD、总N、总P。涉及到雨水问题,第一,初期雨水浓度高于排放标准;第二,混合雨水浓度也高于环境质量标准。所以无论是初期雨水还是混合雨水在我国现在的标准体制下其实都是污染。他假设旱流时污水高、中、低情景下,通过测算得出,无论根据《室外排水设计规范》条款中截流倍数宜采用2~5的要求,即便在高达将近10的截留倍数下,溢流污水浓度仍然不能满足水环境的要求(特别是氮、磷)。对比国际经验,美国将雨水纳入了污染排放控制目标,污染物控制目标是要将雨水处理、溢流总量控制纳入污水处理综合考虑,同时结合绿色基础设施,在线和离线的储存,而非单一方式解决。

blob.png

重厂站、轻管网建设思路的系统性恶果突显

王凯军指出,我国管网一直存在渗漏、破损等问题,导致产生低浓度污水的问题。数据显示,居民区产生的污水污染浓度较高(COD、SS等),而经过泵站之后污水浓度降低了,最后到达污水厂浓度降得更多,这说明我国管网存在很大的问题。对全国环保监督监察的5000多座污水厂进行统计,几乎60%污水厂COD进水浓度在150mg/L以下,这给后期污水处理带来了非常大的难题。王凯军介绍,对比国外做法,新加坡做得很好,它的旱季雨水几乎一滴不流,分流制建立得非常完善,其污水厂进水COD浓度约500mg/L。目前我国只北京与之浓度接近,而通过计算得出,上海、广州、天津、北京与新加坡COD 损失率分别为41%、59%、37%和17%。王凯军指出,这其中隐含两大问题:第一,虽然住建部统计我国城市达到了80%的污水处理率,而其分母是什么?按照这个统计来讲,几乎50%以上没有纳入管网,因此才产生现在的黑臭水体;第二,考虑我国各地区人均排放相近,那么出现低浓度污水的原因是,大量的地下水和雨水造成了稀释现象。

blob.png

王凯军指出,雨水和污水管网的问题已经到了非解决不可的地步。而解决的方式是什么?建分流制的管网,进行雨污分流,还是其他方式?通过对全国到现有55万公里管道的统计来看,我国形成了一万亿固定资产,城市处理厂就形成了三千亿左右固定资产。从一般经验来看,污水处理厂投资占管网投资约1/5到1/3,但若要考虑拆迁等问题,可能管网投资在10倍以上。所以我国现在要建分流制的管网,是污水厂的10倍以上,这一条技术路线可行不可行?它的投资效益到底如何?能否解决城市水环境问题?

针对上述问题,首先来看分流制的解决方案。王凯军介绍,国际上,合流制大部分在19世纪得以解决,黑臭水体是国外一些国家100年前所面临的问题。其合流制管道截留倍数在10到20以上。此之后,还出现合流制的溢流问题,那么用什么方式解决?美国首先提出了用绿色基础设施的方式解决,后来绿色基础设施形成了低影响开发,是解决5%到20%的溢流量。目前的截留制与完善的合流制之间存在很大的差异。下一个问题是绿色基础设施,即海绵城市方案。

blob.png

王凯军指出,《海绵城市建设技术指南》里提到海绵城市要解决70%的雨水问题,统计显示,海绵城市每平方公里投资额约1.5亿~2亿,而每平方公里大约能达到处理几千吨污水的效率。这种工程化的海绵城市饱受争议,海绵城市设施在某种程度上是背离了习总书记最初提出的“优先考虑更多利用自然力量排水,建设自然积存、自然渗透、自然净化”方式。王凯军表示,我国恰恰采取了一种较为不优的策略,即海绵城市方案。对比来看,大、中城市实行分流制分别需要十亿至百亿的投资,而合流制只需上亿至十亿的投资额即可得以解决,而相比之下海绵城市却已达到百亿和千亿级规模。对比发现,这三种投资序列最优的是合流制雨水处理方案。

并且,我国目前为止仍有相当大部分污水厂的负荷率在50%到60%左右,存在相当大的处理能力没有发挥。如果能解决沉淀的问题,利用这些富裕能力,当前污水处理厂可以处理现有量4倍的雨污水;有条件的污水厂如果修建雨水存储池,可控制80-90%的径流总量。王凯军表示,合流制改造方案按优先序排列为:一是利用末端雨水储存池,二是最大程度地利用污水厂改造设施,三是Online雨水储存换和处理措施,最后是绿色基础设施措施。而国际上来看,如美国在10%到20%溢流量情况下,采用绿色基础设施所需投资额最大,其次在线存储和离线存储相结合的方式,其所需投资额也相对较低。

blob.png

借用国际经验方面,王凯军介绍,欧洲将执行更加严格的标准,该标准下总氮提升至2.2 mg/L、总磷则达到0.1 mg/L,其采用后处理、侧流厌氧液化这两个方式来解决提标问题。面对一级A提标改造,我国采用化学除磷和MBR或反硝化滤池才可达到排放标准,而若要达到地表Ⅳ类水,所需工艺更复杂、投资额将更大。

王凯军指出,相较国际上的做法,我国污水处理工艺在设计、运行、管理等环节存在系统性缺陷。与此同时,在此基础上,国外一些国家增加了节能减排的新要求,一些国家即将实行磷回收。欧洲在上述领域已进入设施阶段,完成了工业化战略布局,相比之下我国又落后了十年以上。王凯军表示,由于污水处理的系统性缺陷,导致我国在节能减排、温室气体削减、资源回收等方面差距逐渐拉大,渐行渐远。

王凯军进一步提出,如果十年前我们谈低碳社会,下一步将发展为推动低氮社会。在整个污水处理的循环过程中,至关重要的一环—氮回收,国际上将其列在十大重大问题的第二条,人类面临氮磷的问题非常大,而我国在这方面有着非常大的回收潜力。污水中回收氮替代氮肥的潜力占10%,相当于节电500亿度,或全国电耗的3%。总回收潜力30%以上,占电耗10%以上。王凯军表示,正因为关注到这一问题,他的团队进行了相关氮回收研究工作的部署,成立了氮素去除/回收单元的研究团队,并取得了初步的氮回收技术突破。