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中国城市污水处理概念厂再出发
来源:中国环境报 | 发布时间:2021-1-8 | 浏览次数:

  7年前的今天,2014年1月7日,中国工程院院士、中国科学院生态环境研究中心研究员、清华大学环境学院特聘教授曲久辉,清华大学环境学院教授王凯军,中国人民大学环境学院教授王洪臣,清华大学环境学院教授余刚,中国21世纪议程管理中心副主任柯兵,中国科学技术大学环境科学与工程系教授俞汉青等6位专家在中国环境报首发《建设面向未来的中国污水处理概念厂》一文,第一次向全社会传递了未来有引领性的污水处理厂应该“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”,设想用5年左右时间,建设一座(批)面向2030-2040年、具备一定规模的城市污水处理厂。自此,建设面向未来的中国污水处理概念厂的想法在业界引起强烈反响。

  2014年-2021年,7年过去了,几经曲折后污水处理概念厂已见雏形,承载概念梦想的宜兴概念厂将于今年年中建成投运。

  7年间,通过探索与实践,中国城市污水处理概念厂专家委员会(以下简称专委会)对概念厂的认知不断深化,追求“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”仍是初心,构造城乡共享新空间等成为新的认识。7年间,步履更加坚定,力量不断壮大,专委会专家从6位增加到9位,中国工程院院士、南京大学环境学院教授任洪强,中国市政工程华北设计总院有限公司总工程师郑兴灿,江南大学环境与土木工程学院教授李激等加入,共同推动概念厂理念再升华、科技再进步、模式再优化、推广再加速。

  今天,9位专家再次共同执笔,总结7年来研讨考察、协同攻关、方案制定、工程实践的经验、收获和思考,向行业和社会做出汇报,把论文写在祖国的大地上。

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2014年2月末,6位专家合影留念。

  从“十二五”中期到“十三五”末,7年多时间里,中国城市污水处理概念厂专家委员会(以下简称专委会)在持续推进概念厂事业。如今取得阶段性进展,“十四五”开局之年,代表事业初心的宜兴概念厂也即将建成投运。

  一切过往,皆为序章,过往的探索实践及面向未来的新认知值得总结,我们希望与行业和社会共同分享,以期广泛凝聚力量,以概念厂为抓手,共同推动污水处理行业转型升级,为绿色发展生态文明和美丽中国建设做出贡献。

  回望初心

  中国的污水处理能像中国高铁一样吗?2013年年中,几位业内专家学者有感于全球污水处理发展的大趋势,以及中国污水处理高速发展中存在的诸多问题,几经酝酿,提出了“建设面向未来的中国城市污水处理概念厂”的构想,组建专家委员会(简称专委会,下同),并于2014年1月初在中国环境报上发表同名文章。

  概念厂事业的初心是,建设一座或一批对未来有引领性的污水处理厂,改变行业“走一步看一步”、“不断打补丁”的做法,引导整体向前看,实现可持续发展。这些理念和追求被概括为“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”(即“四个追求”)。

  专委会同时期望,在已有多年积累且市场巨大的基础上,中国污水处理行业能像中国高铁一样,在国际上快速实现从“跟跑”到“领跑”的转变。

  七年多来,专委会汇聚全球认知和主要技术资源,协同国内多家机构,历经研讨交流、参观考察、协同攻关、方案制订、工程实践、社会反馈,初步完成了一轮从理念到技术,从工程建设示范再到获得社会反馈的过程,做到了“把论文写在了祖国大地上”。专委会实践了追求,取得了一定成绩,并由此极大深化了认知,专委会也在扩大。我们一致认为有必要总结过去,将实践与认识向行业和社会做一汇报。

  七年前概念厂构想提出,对环保行业产生了较大影响,推动行业形成了向前看的趋势,并由此产生出“未来水厂”、“生态再生水厂”、“生态综合体”、“蓝色焚烧”等相关概念。我们也欣喜地看到,近年来国内一批污水处理厂建设,已经在“四个追求”上展开不同程度的探索,向行业展现了污水处理设施的新形态。以国际水协为代表的国际学术界和工程技术界,从概念厂一经提出即相当重视,认为这是中国追求污水处理技术领先的重要标志,他们始终跟踪、关注着概念厂进展并给予热情帮助。

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国际水业著名期刊对概念厂事业的相关报道

  概念厂构想是在2012年11月党的“十八大”做出“大力推进生态文明建设”的战略决策这一背景下酝酿并启动的,也随着这一伟大事业的发展而深化。从最初单纯对污水处理厂的关注到绿色环境基础设施的理念,从水质永续到污水资源化,从能量自给到低碳发展,从环境友好到城乡共享新空间。我们深切感受到,随着污染防治攻坚战的初步胜利,这七年多的实践和认知对社会具有重要意义,即便还不够成熟和完善,也希望及时向行业呈现,以求共同推进再出发。

  探索与实践

  文章发表之初,专委会即集中三天时间,系统讨论了概念厂事业的追求、使命、职责、组织方法和总体规划,保证了概念厂事业后续的顺利进行。

  开始的两年,专委会以概念厂理念深化和技术方向把握为工作重心,密集组织了一系列交流研讨活动。一方面 “走出去”,对全球20个技术领先的污水处理厂进行了深入考察,对全球污水处理理念、方向、规划、技术和工程实践,进行了全方位的扫描与梳理,并将成果以白皮书的方式与行业分享;一方面“请进来”,先后邀请几任国际水协主席及多位国际污水处理界顶级学者来华深度交流。在专委会组织的数十次研讨会议中,众多行业知名专家、政府官员和代表性企业界人士,都以不同角度和方式参与了概念厂的理念凝练、技术方向、建设模式的研究讨论。这期间,概念厂工作团队对包括厌氧氨氧化、新兴污染物检测与去除、高效磷回收等新工艺新装备进行了系统性的评估、研究、小试及中试,对概念厂的技术路线进行了多路径探索。

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专委会形成的相关书面成果

  概念厂是技术工程,更是一个社会工程。为了向社会传递理念、激发行业创造,专委会和国家高新区宜兴环保科技工业园在2015年中举办了概念厂校园创意设计大赛,吸引了来自一百所高校的近千名学子踊跃参加,大赛激发了年轻人对未来的思考和想象,也为后来的概念厂设计构想带来了启迪。

  随着理念和技术探索深入展开,专委会开始了选址研究和方案落地的尝试。2015年初,钱易、张杰、曲久辉三位院士联名提交的《关于在北京建设中国城市污水处理概念厂的建议》得到北京市政府的批复,工作团队完成调研并提报了方庄方案和昌平TBD方案。2015年十月,在宜兴市政府和环科园管委会的积极推动下,首座概念厂项目最终确定“落户”宜兴。

  从2017年初到2019年底,概念厂工作团队先后邀请华北市政院、北京市政院等国内外九家设计团队参加工程规划和设计,期间五易其稿,更经历了彻底颠覆、重头再来的曲折。经过一年多不断推敲、打磨,最终于2020年初由北京市政院、素朴建筑工作室和清华同衡建筑院等合力完成了宜兴概念厂工程设计,标志着概念厂的探索进入了一个新阶段。

  在2018年概念厂事业进展最为胶着的时候,河南水利投资集团和中持水务公司在河南睢县进行了一次有益的尝试,他们以概念厂探讨过程中的早期方案为蓝本,创造性建设了睢县第三污水厂,打造出一个部分能量自给、功能和形态耳目一新的新型环境基础设施。睢县项目得到各方高度认可,也让周边百姓和当地政府感受到了创新发展、绿色发展的魅力。

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睢县第三污水处理厂有机质处理中心

  2020年4月,宜兴概念厂正式破土动工,将于2021年中全部建成投运。宜兴概念厂是第一个完整导入概念厂理念和追求的污水处理厂,被称为概念厂初衷版。宜兴概念厂将示范污水厂从污染物削减基本功能扩展至城市能源工厂、水源工厂、肥料工厂,进而再发展为与城市和乡村全方位融合、互利共生的新型环境基础设施。宜兴概念厂重新定义了污水厂与城乡的关系,将向全社会清晰传递 “污水是资源,污水厂是资源工厂”的理念,改变公众对污水处理厂的固有体验和认知。

  雏形已现的宜兴概念厂,从行业到社会反应热烈,我们和大家一起共同期待着宜兴概念厂的开园。

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最终确定的“三叶草”宜兴方案

  宜兴方案中独创了“三叶草”的造型风格和功能构成:一叶是以高品质出水为目标,创造丰富感知的“水资源环”;一叶是以资源循环为目标,将污泥和外部有机废弃物资源化的“能源和资源环”;一叶是因地制宜,满足政府和公众美好生活和生态需求的“新功能环”。

  对概念厂的再认识

  概念厂始终是处于发展中的事业,和时代的交相呼应也必将不断产出新认知。七年多时间的持续思考和实践,专委会已经完成了一次对概念厂的再认识。

  概念厂是传统污水处理厂的升级版产品。初期专委会中曾有过两种观点:一种是认为概念厂就像概念车,强调对方向的引领,不求实用和性价比;另一种则认为概念厂应该是可复制的高端产品,引领行业快速迭代。我国生态文明建设事业的快速进展与实践中自然的理性选择,结束了这一争议。我们现在认为,概念厂是传统污水处理厂的升级版,是行业一次系统的产品升级,表现为功能丰富、品质改善和效能提高,同时将极大地提升社会体验感。

  现代社会大多数环境问题的根源是局部、分割和短期的思维方式。概念厂将站在总体环境立场,践行生态文明思想,尽力弥合脱节、孤立与短视。

  概念厂要向环境提供可持续水质。在较长一个发展阶段里,满足区域水环境水生态修复、建设需求,支撑经济社会持续发展。概念厂要协同治理污染。通过厌氧消化等协同处理工程,承担区域有机废弃物(生活垃圾、污泥、畜禽粪便等)处理,综合考虑周边环境需求,统筹解决治污问题。

  概念厂应注重循环,追求资源效率。概念厂将污水和有机物的资源化和资源效率提到尽可能高的水平。其产出的水资源,可以因地制宜、最大限度地应用于城乡生活生产和生态补给;产出的有机质及氮磷等营养物质,可为周边农业、种植业、园林景观等提供品质稳定的肥料,带动其向绿色发展的产业升级。概念厂的规划建设,更加关注土地增值与土地高效利用。

  我国人均资源拥有量是制约发展、影响民族福祉的重要瓶颈,注重资源循环、提高资源利用效率应成为生态文明建设的重中之重。不论是过程实践还是未来目标,概念厂都将把注重循环、追求资源效率作为重要发展方向,并希望发挥对其他行业的带动和示范作用。

  概念厂要实现碳中和。污水处理厂是传统耗能大户,在处理环节也有温室气体排放,但其自身也具备节能降耗的巨大潜力。技术进步和工程实践在节能和能量自给方面均已取得较大进展,给予行业足够的信心,可以也应该成为我国“2030前碳排放达峰行动”的重要参与者和贡献者,率先实现达峰。鉴于概念厂自持的丰富有机质能和热能,已见成效的节能降耗实践,再叠加周边景观绿化贡献,概念厂将能明确提出碳中和的目标并付诸行动。专委会也将尽快建立相关评估体系与标准,绘制路线图。

  概念厂将构造城乡共享新空间。从单纯实现环境友好到成为城乡共享新空间,是对概念厂认识的又一重要深化。实践和发展都要求环境基础设施与城乡生态、生产和生活的融合与互动。一方面,概念厂拥有和产出多项重要生态要素,另一方面,概念厂要对国土资源珍惜与善用,构造共享、互相促进的城乡空间是其重要的价值方向。

  概念厂既可以通过对农田的水肥供应构造城乡生态综合体,协同农业升级、反哺农村;也可以作为城市功能性有机组成,利用 “三叶草”构造中的“一叶”,灵活运用“概念厂+”,建设体育馆、图书馆、科创中心等公共设施。

打造城乡共享新空间,需要有新的设计体系和匹配的设计规范,但首先要释放创造力,关注形式美感和建设升级。环境基础设施应突破传统市政范畴,主动融合建筑、景观、生态、环境等诸多要素,形成促进城乡交往,承载区域文化品味与产业特色的美好空间。

  面向“十四五”、面向2030,概念厂向社会贡献的将不仅是污染治理,也不止于污染治理方式,更要贡献环境创造、建设美丽中国的价值。

  面向未来再出发

  过去七年,中国污水处理概念厂在打赢环保攻坚战、生态文明建设的时代背景下诞生并演进,已经展现出面向未来的深远意义。在新起点眺望远方,更需要我们坚定步伐、开放务实、凝心聚力,与行业一起再出发。

  理念再升华。新冠疫情的全球爆发、碳中和的国际承诺、全球环境治理的大势,都要求深化对“四个追求”的再认识,重新阐释概念厂理念:“水质永续”应高度关注影响人民生命健康安全的病源微生物控制、导致气候变化的温室气体排放控制等新问题;赋予“能量自给”以“绿色能源”和“清洁转化”等内涵;将提升“再生资源品质”和“再利用增值”作为“资源循环”更高目标;从“人民群众获得感”和“美丽中国建设”的民生与战略层面,扩展对“环境友好”的认知及概念厂的服务空间。

  科技再进步。面向未来,将聚力水环境科技优势资源,研发突破水中有毒物和氮磷等极限去除、污水处理全过程碳中和、突发性和未知性病毒等病原微生物灭活与阻控、水中有价物质的高品质再生及利用、“超级(super)处理厂”构建等新技术和新工艺,创建工程新范式,引领行业科技进步,有力支撑概念厂理念实现。

  模式再优化。概念厂的建设模式应灵活、务实且具有弹性,可以通过对“四个追求”不同层次、侧重的展现上,形成不同“版本”。未来,概念厂专委会将以更宽广视野,开展更广泛合作,不断“思考-实践-创新”,优化建设模式,使之更加适用于中国,乃至“一带一路”沿线国家和地区的污水处理需求。

  推广再加速。紧跟时代步伐,聚焦服务长江大保护、黄河流域高质量发展、打赢环保攻坚战等国家战略,专委会将再谋划、再聚力、再提速,力争在未来5-8年、建设100座技术先进、因地制宜、特色鲜明、模式多样的污水处理概念厂,带动行业建设形态、工艺技术和标准规范的实质性变革与升级。

  站在新起点,可以预见概念厂在生态文明、美丽中国建设中新的事业图景:“四个追求”的内涵将更加深刻丰富,污水处理工艺和工程将更加现代高效,模式将更加灵动务实,对社会的贡献将更加扩展深入,同行的伙伴队伍将更加壮大,理念将更加深入人心……. 概念厂将以更加显著的价值展示生命力。

  我们即将再次出发,与行业一起,将概念厂事业的新蓝图绘就在广阔的蓝天碧水间。

  注:

  这9位专家是:中国工程院院士、中国科学院生态环境研究中心研究员、清华大学环境学院特聘教授曲久辉,中国工程院院士、南京大学环境学院教授任洪强,清华大学环境学院教授王凯军,中国人民大学环境学院教授王洪臣,清华大学环境学院教授余刚,中国21世纪议程管理中心副主任柯兵、中国科学技术大学环境科学与工程系教授俞汉青,中国市政工程华北设计总院有限公司总工程师郑兴灿,江南大学环境与土木工程学院教授李激。

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