在“2022(第二十屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，清華大學環(huán)境學院教授、國際標準化組織城鎮(zhèn)水回用技術分委員會主席胡洪營以“水務行業(yè)高質量發(fā)展的內涵及其實現路徑的思考”為主題進行了分享。他認為高效率和可持續(xù)是高質量發(fā)展的核心，建設水區(qū)域生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)是水務行業(yè)中長期高質量發(fā)展的有效路徑。

 進入“十四五”時期，高質量發(fā)展成為新階段的關鍵詞。當前，水務行業(yè)在標準制定、技術革新等方面還存在不足，離水務行業(yè)高質量發(fā)展仍存在較大的差距。該如何入手解決這些問題?

在“2022(第二十屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，清華大學環(huán)境學院教授、國際標準化組織城鎮(zhèn)水回用技術分委員會主席胡洪營以“水務行業(yè)高質量發(fā)展的內涵及其實現路徑的思考”為主題進行了分享。他認為高效率和可持續(xù)是高質量發(fā)展的核心，建設水區(qū)域生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)是水務行業(yè)中長期高質量發(fā)展的有效路徑。

 

胡洪營

高效率、可持續(xù)是水務行業(yè)高質量發(fā)展的核心

胡洪營表示，要思考水務行業(yè)高質量發(fā)展這一議題，首先必須明確水務行業(yè)的使命。他認為，水務行業(yè)使命是“建設和維系良性、健康的社會水循環(huán)系統(tǒng)，保障供水用水安全和水生態(tài)環(huán)境安全，滿足生活、生產和生態(tài)用水需求，支撐社會穩(wěn)定繁榮和高質量可持續(xù)發(fā)展”。

這一定義中， “支撐社會穩(wěn)定”處于首要位置，“繁榮”放在其之后。胡洪營對此解釋道，供水首先要保穩(wěn)定，其后才是促繁榮，探索高質量發(fā)展之道。也就是說，保安全是水務行業(yè)的底線，應在這一底線之上，再考慮高質量發(fā)展問題。

那么高質量發(fā)展的內涵究竟是什么?胡洪營表示，查閱很多資料發(fā)現，國家定義的高質量發(fā)展有兩大核心詞——高效率、可持續(xù)。他認為，支撐水務行業(yè)這兩大核心的關鍵是“崇尚研究、精研技術，信息化、標準化”。

“高效率”涵蓋多層意義，如經濟效益，對企業(yè)而言，高效率就是高效益、高利潤，沒有利潤，沒有效益就沒有高質量發(fā)展。除經濟效益之外，還有生態(tài)環(huán)境效益、社會效益等。單純談利益的時候，角度不一樣也會導致定義有所差別，需要分別從政府、企業(yè)、公眾和后代角度考慮利益。

“可持續(xù)”即指效益和規(guī)模的穩(wěn)定或逐步增長，不以犧牲未來發(fā)展和環(huán)境為代價，支撐循環(huán)型社會的建設發(fā)展。

胡洪營認為，目前制約水務行業(yè)高質量發(fā)展，使水務行業(yè)與“高效率、可持續(xù)”仍存在較大差距的因素有以下幾點：

●  污水處理廠功能單一，企業(yè)經濟效益不高。

●  再生水利用的管理機制和市場化機制尚不成熟。

●  污水處理規(guī)模發(fā)展迅速，運營實踐積累了大量經驗，但尚未轉化為有用的技術信息、可靠的技術成果，普識的科學知識等。

●  技術、工藝、設備、藥劑和服務，甚至某些關鍵概念、術語的規(guī)范化和標準化滯后，導致認知模糊。

●  企業(yè)的工程化、裝備化能力顯著提高，產生了一批“專精特新”企業(yè)，但運行管理水平、技術水平和理論水平亟待提高。一些非常有特色、有水平的企業(yè)在“Know why”方面存在欠缺，不清楚底層的邏輯是什么，難以進行復制，更難以標準化。

●  企業(yè)的研發(fā)隊伍難以發(fā)揮真正的“研究、開發(fā)”作用，尚未形成能支撐高質量發(fā)展的研發(fā)能力。

●  企業(yè)發(fā)展的韌性不大、后勁和差異化發(fā)展能力不足。

高效率、可持續(xù)的發(fā)展路徑有哪些？

明白了問題所在，再來探討水務行業(yè)要實現高質量、可持續(xù)的發(fā)展有哪些路徑。

運行優(yōu)化

胡洪營表示，從企業(yè)利益角度來看，要提高企業(yè)的經濟效益，首先要做到運行優(yōu)化。運行優(yōu)化可以從降低能耗、藥耗為目標入手。

能耗方面，從2020年全國城鎮(zhèn)污水處理廠能耗分布來看，處理每噸污水所耗電能的中位值為0.36 KW·h，去除每公斤COD所耗電能(以下簡稱“單位COD電耗”)的中位值為2.14 KW·h。相同污水處理規(guī)模下，不同污水處理廠的電耗相差較大;相同進水污水COD濃度下，不同污水處理廠電耗差距也同樣懸殊。

從各省(區(qū)、市)城鎮(zhèn)污水處理廠能耗中位值情況來看，噸水電耗和單位COD電耗雙高和雙低的情況較好理解，但只有其中一項數值較高的情況較不合理。在省會城市污水處理廠能耗分布中，也存在一些污水廠的噸水電耗和單位COD電耗相差較大的情況。胡洪營表示，這其中就蘊藏著很大的運行優(yōu)化空間。

 

藥耗方面，以2020年全國城鎮(zhèn)污水廠的有機碳源藥耗數據為例，從各省(區(qū)、市)城鎮(zhèn)污水處理廠藥耗中位值情況來看，一些省(區(qū)、市)的噸水藥耗和單位TN去除量的藥耗之間存在不協(xié)調現象現象，即存在其中一項藥耗單高的現象，重點城市城鎮(zhèn)污水處理廠碳源消耗情況亦如此。

以上現象說明，我國城鎮(zhèn)污水處理廠在工藝運行優(yōu)化方面，仍有較大潛力可挖。

工藝優(yōu)化

以某個造紙廠污水處理工藝為例，優(yōu)化前，造紙廠深度處理過程為“芬頓-混凝沉淀-外排”。深度處理出水COD平均濃度為84mg/L，難以達到60mg/L的新的COD排放標準。通過工藝優(yōu)化，調整了處理順序，將混凝沉淀這道程序提前，并未增添額外的工程。

通過工藝優(yōu)化，改變原先不合理的工藝，該造紙廠深度處理出水COD濃度穩(wěn)定達到60mg/L，達標率為99.3%。出水水質變好后，藥耗與能耗也隨之下降，優(yōu)化前，噸水處理成本為1.92元，每公斤COD去除成本為6.86元;優(yōu)化后，2013年該造紙廠噸水處理成本降低至1.64元，每公斤COD去除成本為4.70元。2015年，成本進一步降低，噸水處理成本為1.58元，每公斤COD去除成本為4.67元。工藝優(yōu)化為企業(yè)帶來了明顯的經濟效益。

再生水利用

目前，污水處理市場中增量項目減少，存量項目逐漸成為市場關注的焦點，若想挖掘增量項目，或可從再生水入手。

傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)將污水處理達標后排放，而再生水系統(tǒng)則可構建循環(huán)體系，排放的尾水經過不同工藝處理后可以被用于景觀利用、工業(yè)利用、市政雜用和補充水源地，甚至經過高標準處理后可直接飲用。根據用途的不同，再生水系統(tǒng)可以采用不同工藝進行處理，出廠的再生水定價也可不同，做到將排水變?yōu)楣┧�，即產品。

胡洪營分析，城市污水具有水量穩(wěn)定、水質可控、就近可取的特點，經過再生水系統(tǒng)處理，可成為 “城市第二水源”、“工業(yè)第一水源”。再生水利用效益顯著，技術可行，值得大力推進，國家多項政策也對此提出了要求，但是進展并不是太快。

2021年1月，發(fā)改委等十部委發(fā)布《關于推進污水資源化利用的指導意見》，標志著污水資源化利用上升為國家行動計劃，污水處理進入資源化利用新階段，“十四五”期間和未來15年，將是污水再生利用的快速發(fā)展期。

胡洪營表示，污水再生利用對優(yōu)化供水結構、增加水資源供給、緩解供需矛盾和減少水污染、保障水生態(tài)安全具有重要意義。關于再生水的利用途徑，胡洪營用一句話給出了總結：“自來水能用的地方再生水都能用”。

目前，國家正在起草了一項關于再生水利用效益及其評價方法的國家標準，對效益評價指標、程序和計算方法等進行規(guī)定和規(guī)范。這樣，再生水利用這條賽道就有了同一把尺子進行衡量，根據利用途徑的不同，可用資源效益、生態(tài)環(huán)境效益、社會效益、經濟效益等評價指標進行評價。

建立區(qū)域水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)

胡洪營表示，運行優(yōu)化與再生水利用是實現高效率發(fā)展的途徑，那么建立區(qū)域水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)就是實現可持續(xù)發(fā)展的途徑。行業(yè)內都提倡“三水”協(xié)同共治，胡洪營則提倡“三水一碳”協(xié)同共治，即“水資源保障、水污染治理、水生態(tài)修復、碳排放削減”，以實現“提水質、健生態(tài)、保用水、減碳排”的目標。

但同時，胡洪營強調，單項的技術革新難以實現“三水一碳”協(xié)同共治。水務行業(yè)首要任務不是降碳，而是保水質、保供應、保安全，在此基礎上才能談碳減排。碳減排并非不重要，但其前提是不能影響水質和供水，這是生命線。談雙碳首先要談保安全，因此需要系統(tǒng)性變革才能解決這一問題。

現在的供排水系統(tǒng)是開放性的線性系統(tǒng)，主要包括“上游取水-用水-污水-下游排放”幾個環(huán)節(jié)，存在依賴域外水資源、水系統(tǒng)彈韌性較差、水資源利用率較低、能源資源消耗大和營養(yǎng)元素流失大等突出問題，其中，土壤營養(yǎng)元素流失問題未引起人們的高度重視。

胡洪營解釋，人們所需要的糧食蔬菜都需要農田中的微量元素來支撐，土壤中的微量元素被植物吸收，進入人體，并隨糞便排出體外，進入污水處理系統(tǒng)，處理后排放到流域水環(huán)境中，沒有返回到農田。這會導致土壤微量元素減少，更為貧瘠，從而讓糧食蔬菜水果中微量元素減少，影響植物生長，使人體微量元素攝取量降低，導致“隱性饑餓”和健康問題。因而當前灰色、低效和高碳的模式不可持續(xù)。一些發(fā)達國家解決這一問題的思路是在化肥中添加微量元素，但這同樣是不可持續(xù)的方式。

 

糧食種植帶來的土壤微量元素衰減

(該圖引自：任景明主編，五谷輪回，經濟科學出版社，2021)

胡洪營總結，現有供排水系統(tǒng)存在導致“土壤貧營養(yǎng)、水體富營養(yǎng)、處理高排碳和用水難保障”等問題。令人擔憂的是，在土壤肥力至關重要的農村也在采用和城市一樣的供排水模式，行業(yè)內應該深入探討農村水環(huán)境、水生態(tài)的治理模式。農村不適宜照搬城市現有的“城市用水-排水-處理排放-形成污染-治理黑臭水體”模式，如果不顧實地情況照搬照抄，到時候再糾偏就為時已晚。

他認為，面對這種情況，應當構建區(qū)域水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，通過用水、排水、再生處理環(huán)節(jié)后，排放至本區(qū)域水體中，而非下游地帶，形成循環(huán)，實現區(qū)域水生態(tài)補蓄，滿足城市用水。例如北京有許多湖泊，排放至區(qū)域水系的再生水可在市域內存儲起來作為供水水源利用，形成閉環(huán)的水循環(huán)系統(tǒng)。這樣可以實現水源獨立，不再單獨依賴上游供水。而且再生水系統(tǒng)韌性大，效率高、或可降低能耗、藥耗。

除了水循環(huán)，還要注重元素循環(huán)，形成水量與元素“雙生態(tài)循環(huán)”，這是未來鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設的理想新模式。在源頭上，將黑水、黃水分開，對糞便進行資源化處理，重新利用至農田;污水通過再生處理廠處理，形成再生水，排放在生態(tài)凈化儲存設施，成為新水源，重新補給生產生活用水。再生水廠處理形成的污泥也可在無害化處置后返還農田進行利用。如此一來，便可形成可持續(xù)發(fā)展模式。

胡洪營強調，這一模式在城市實行或許有難度，但在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、城鄉(xiāng)結合部和農村等具有實施的條件和需求，應該給予充分重視。

胡洪營介紹，區(qū)域水生態(tài)循環(huán)利用系統(tǒng)的優(yōu)勢如下：(1)促進長效運營管理：水體功能定位向“城市第二水源”拓展。從“看水”到“用水”，可提高管理主動性和積極性；(2)促進三水統(tǒng)籌治理：水環(huán)境、水生態(tài)、水資源協(xié)同發(fā)展，從被動控制向主動利用轉變；(3)促進污水處理標準制定：破解“污水排放標準”制定面臨的多方面制約，以用定質、以質定管，推動水環(huán)境精準治理、科學施策，實現“一地一水一策”。

崇尚研究、精研技術是高質量發(fā)展的強本之道

胡洪營表示，崇尚研究，推動技術和工藝的革新需要從以下幾個方面入手：

崇尚研究，大興研究之風

胡洪營認為，污水處理廠具有動態(tài)性、多樣性，是一個復雜的、活的"生命體”。每個污水廠都可成為鮮活的研究對象、研究基地。研究不僅是研究院和研發(fā)中心的事情，廠廠人人“做研究”，將運行數據、運行經驗變成有用信息、研究成果、有用知識，這是高質量發(fā)展的基礎。

為豐富學術研究展示平臺，胡洪營主編了《Water Cycle》期刊，該期刊是水處理與回用專業(yè)委員會官方期刊，定位為“展示中國水行業(yè)成就，提供水行業(yè)有用信息，引領水工程科學發(fā)展”。胡洪營解釋，這本英文期刊將向世界介紹中國水務行業(yè)的進步。我國水工程科學發(fā)展基礎比較薄弱，高校開展的主要是基礎科研，離真正的工程比較遠，行業(yè)內真正的工程又缺乏系統(tǒng)性研究。胡洪營希望《Water Cycle》可以成為有實踐價值研究成果的展示窗口，歡迎大家來投稿。

為展示中國的水處理技術發(fā)展，《Water Cycle》策劃了《強磁化水處理：先進技術與進展應用》�？�。他表示，強磁化水處理是中國水務行業(yè)的優(yōu)勢技術，有理論積累和實踐經驗，目前該技術在國際上的應用相對較少，中國可以在該技術應用探索領域發(fā)揮領軍作用。

深刻認識水質水征及其應用價值

胡洪營認為，應當全面、深入認識污水水征水量、水環(huán)境水生態(tài)、處理技術、處理工藝和水系統(tǒng)等5個重要對象，尤其是水質和水征。

污水高標準處理是水務行業(yè)的主要發(fā)展方向，但近年來出現了一些盲目提標的現象，包括胡洪營在內的許多業(yè)內人士反對盲目提標，但也有不少人從“反對盲目提標”變成了“盲目反對提標”，這也是不可取的。胡洪營認為，污水高標準處理是不可逆的發(fā)展方向，高質量發(fā)展和水資源循環(huán)利用需要污水處理廠高標準處理污水。

然而，高標準處理要求條件下，現有的水質指標、工藝理論、技術知識是否還能滿足實際需求?在這樣的情況下，胡洪營等提出從污染水平、毒害效應、轉化潛勢、組分特征等方面表征再生水水征的評價體系，深化對水質的認知，從而為處理工藝設計和優(yōu)化等提供支撐。如前述某造紙廠污水處理案例，胡洪營團隊分析其生物處理出水的水征時發(fā)現，有機組分中疏水大分子比例大，據此調換了深度處理工藝順序，將混凝前置到Fenton單元之后，得到了良好效果。

技術工藝精細化研究及其應用價值

技術工藝精細化研究可以幫助污水處理廠事半功倍的實現理想的處理效果。以反硝化濾池-超濾工藝為例，熟悉該工藝的人都了解，該運行過程中，超濾單元的污堵現象比較嚴重，但其原因不十分清楚。胡洪營團隊對進水和出水進行比較后，發(fā)現組分不一樣，反硝化濾池出水中占COD不到5%的組分是污堵的主要原因。為解決這一問題，胡洪營團隊對反硝化濾池-超濾工藝進行了優(yōu)化，調整了臭氧氧化環(huán)節(jié)和超濾環(huán)節(jié)的順序，有效地控制了該工藝中的污堵現象。

再以再生水反滲透處理工藝為例，許多污水處理廠為了解決生物污堵問題，常常以消毒預處理手段控制生物污堵程度，但往往適得其反，雖減少了進水中的細菌總數，卻導致長期的生物污堵加重。因為氯消毒導致膜面污堵層厚度和氯抗性細菌豐度增加，而氯抗性細菌豐度增加正是導致污堵加重的重要因素。這個認知與常規(guī)的處理手段是相反的，這種情況下，就需要通過精細化的技術工藝研究來解決這一問題。

污水處理與污水廠建設運維技術研發(fā)

胡洪營談到，縱觀城市污水處理技術與污水處理廠的發(fā)展，從處理原理到技術、核心工藝、關鍵設備、工藝控制、運營管理、廠區(qū)利用和廠城融合等不同階段，行業(yè)人士應思考自己的技術處于哪個階段。

污水處理技術、污水處理廠建設技術兩者截然不同，污水廠外觀再漂亮，概念堆砌再“高大上”，技術工藝仍然是老一套，那就意味著缺乏強大的技術核心支撐。利用污水廠的空間設置太陽能發(fā)電裝置和在房頂上裝備太陽能裝置本質上是一樣的，都是充分利用可以利用的空間，值得推廣，但這不是污水處理技術本身的發(fā)展。水務行業(yè)要把主要精力放在核心技術研發(fā)和核心競爭力上。

信息化和標準化是高質量發(fā)展的強身之道

胡洪營表示，要提高水務行業(yè)信息化和標準化水平要從以下三個方面入手：

污水廠運行數據的信息化與成果化

胡洪營介紹，截止2019年，我國建制鎮(zhèn)污水廠數量達10,650座，總處理能力約2477萬m³/d，平均處理規(guī)模0.25萬m³/d，城鎮(zhèn)污水處理廠數量和處理規(guī)模達國際第一。污水廠運行大數據蘊含大量有價值的信息，住建部城鎮(zhèn)污水處理信息系統(tǒng)是目前我國水務行業(yè)信息量最大的系統(tǒng)，但只有月平均，沒有實時信息，缺乏管網運行信息的實時監(jiān)測、數據匯集和分析。擺在行業(yè)面前的難題就是該如何把大量的污水廠運行數據信息化、成果化和知識化，提高污水處理廠運營水平。

水務行業(yè)術語概念的規(guī)范化和統(tǒng)一化

胡洪營談到，當前水務行業(yè)存在以下問題：1、概念模糊現象突出，關鍵術語未形成共識，如什么叫再生水?缺乏相應的概念，導致簡單的事情復雜化；2、環(huán)境質量標準、排放標準、再生水利用標準三者混淆。“利用”與“排放”是從不同邏輯出發(fā)定下的概念，標準值一樣也只是巧合，排放標準按利用標準的邏輯來制定，不一定合適；3、達標排放與環(huán)境利用、生態(tài)補水混淆；4、污水處理提標存在巨大爭論，即前文所述“反對盲目提標”變成“盲目反對提標” ，和行業(yè)高質量發(fā)展的要求是相違背的。

針對這些問題，胡洪營提出，污水高標準處理是未來的必然發(fā)展趨勢，從長遠看，服務要產品化，產品要高質量化，處理標準越高越能體現水務行業(yè)的價值，污水廠應升級為“供水廠”，高標準處理應成為必然。

此外，健全的標準化體系，是行業(yè)高質量的重要標志，也是必然要求。然而，目前行業(yè)內一些基本術語、技術評價、技術命名、技術服務;再生水處理、再生水供水管理等重要標準缺失;水質標準的控制指標和模式單一，難以科學支撐新污染物控制、水質風險控制。

在此情況下，胡洪營等在概念規(guī)范和標準制定等方面做出了一些探索和嘗試：

1、推動《水回用導則 再生水分級》(GB/T 41018-2021)國家標準的制定和出臺。根據污水再生處理工藝，將再生水分為A、B和C三個級別，根據再生水水質基本要求，可將再生水進一步分為10個細分級別。根據這一標準，水務企業(yè)可以按照質量談價格，學術界也可以避免不必要的誤解。

2、推動《水回用導則 污水再生處理技術與工藝評價方法》(GB/T 41017-2021)國家標準制定和出臺。該標準規(guī)定了污水再生處理技術與工藝評價的指標體系、程序與要求，適用于污水再生處理技術與工藝的評價。但目前該標準還不夠完善，只是規(guī)范了行業(yè)最基本、最底線的要求，這一方面仍有大量工作需要完成。

胡洪營分析，除以上已經頒布的再生水利用國家標準外，水務行業(yè)在一些問題上仍缺乏具體標準引領：

1、微量有機污染物(TOrCs )/新污染物控制標準：新污染物具有濃度低、風險高、控制難等特點，其中濃度低會導致監(jiān)測結果不準確，濃度無法準確確定，就無法根據濃度制定排放標準。因此，關于新污染物標準的制定必須另辟蹊徑——從濃度標準向技術標準發(fā)展。采用的技術和工藝能保障達標并被驗證，只要保障其正常運行，就可認為符合達標排放標準，可以不再對濃度進行日常監(jiān)測。

2、再生水與再生水生態(tài)環(huán)境利用規(guī)范：行業(yè)內目前對“再生水”、“再生水利用”、“生態(tài)補水”、“再生水生態(tài)環(huán)境利用”的定義及與達標排放的關系等問題尚未有明確的、形成共識定義。但胡洪營認為，生態(tài)環(huán)境利用是指滿足生態(tài)、景觀環(huán)境用水水質要求，用于景觀水體和人工水景營造、河湖池塘補水、濕地補水等，而且有政府部門批準的利用規(guī)劃、用戶明確、相關費用支付和管理機制健全的利用情景。

3、再生水利用標準體系建設：胡洪營認為，目前再生水利用標準體系仍缺乏一些內容需要補充。

 

紅色為已出臺文件，藍色為尚待制定發(fā)布的標準

胡洪營總結，水務行業(yè)高質量發(fā)展之道，首先是立本強基，也就是研究為本、技術為王、系統(tǒng)為要，需要下笨功夫、做精細活、強成果化。要做到這些，校企融合是最佳之道，企業(yè)要達到理想的研發(fā)程度難度較大，需要優(yōu)勢互補、強強聯(lián)合。只有這樣，水務行業(yè)在近期發(fā)展中才能得到比較好的發(fā)展成果。

近中期(5-10年)水務行業(yè)高質量發(fā)展路徑的重點是轉型升級、分質供水。推進污水處理廠轉型升級，即從“治污單功能”向“治污供水雙功能”轉變。通過政府購買生態(tài)補水服務和再生水市場定價等靈活機制，保障污水廠獲得合理 “供水效益”。實施分質供水、定制供水、點對點供水，是指根據再生水重點用戶所在地和對水質的要求，合理布局建設分布式污水處理和再生利用設施，提高再生水利用效率和經濟效益。

中長期(10-30年)水務行業(yè)高質量發(fā)展路徑的重點是區(qū)域水生態(tài)循環(huán)利用系統(tǒng)的規(guī)劃設計、建設和運營。