近年來，我國污水處理事業發展迅速、成績斐然，但業內有觀點認為，這些發展主要依賴西方傳統技術，我國自主科技成果對行業發展的貢獻度不大，原因在哪里？另外，污水處理未來發展方向是什么？與碳達峰有何關系？
1月5日，《環境與生活》記者一行帶著這些問題，專程登門采訪了中國人民大學低碳水環境技術研究中心主任王洪臣教授
污水處理行業的科技進步存在諸多天然障礙
《環境與生活》：您在水污染治理方面，有多年的理論研究和實踐工作經驗，是圈內不可多得的實戰型學者。在您看來，我們國家在污水處理行業方面，科技成果轉化的難點、痛點是在哪里？
王洪臣：近十幾年來，我國污水處理行業快速發展，目前日處理能力已經達到2.2億立方米，年實際處理量超過700億立方米，是名副其實的污水處理大國。另一方面，國家、地方和企業投入了大量經費進行研究開發，取得了一大批研究成果，一些成果達到了國際領先水平。但是，如您所說，我國自主形成的科研成果在行業快速發展中的確沒有發揮出應有作用，我想，這可能也是行業的共同看法。那么原因在哪里？這個問題我有一些長期觀察，也有一些思考。我認為，污水處理行業的科技進步存在諸多天然障礙。不知道這是不是許多行業的共性問題，這里僅就我個人對污水處理行業的觀察和思考與大家分享。
先談談科技成果商業轉化的障礙，因為商業轉化通常是最高效的成果轉化。我觀察發現，科技成果商業轉化的最大障礙是科學家和企業家對科技成果價值認知上的巨大反差。這里的科學家泛指所有的科技人員，是成果的持有人；企業家泛指所有企業主，是成果受讓人。
首先，科學家通常認識不到科研成果真正轉化成生產力是一個極其艱難的過程。一個新的科研成果，怎么能證明它是穩妥、可靠的？企業家需要組織人力、財力、物力去證明。即使證明了是一個好的成果，還要花力氣去說服客戶，去開拓市場，否則就是叫好不叫座的成果，就沒有價值。
從證明到推廣，實際上是一個充滿風險的過程，企業家要概括承受，但科學家對這個過程既沒有切身感受，也可能沒有認知。
另一方面，企業家又常常不了解一個新思路、新理念、新成果的產生也是非常艱難的，是一個反復琢磨、反復失敗、反復實驗的艱苦過程。窗戶紙被捅破了，我們知道是一層窗紙，但沒捅破之前，那就是一堵墻。許多企業家把教授帶著學生做研究看成是一件很輕松的事情。存在這樣的認知反差，即使發生了成果轉化，即使成果轉化成功，雙方都認為自己才是主要貢獻者，從而沒法繼續合作下去。
更多的情況是，企業家輕易不會出合理價錢購買科技成果，而科學家寧愿不轉化，也不賤賣自己的成果，污水處理領域很少聽到超過百萬元的科技成果轉讓。因此，科技成果商業轉化就此成了死結。進一步的后果是，企業家組建研發中心，招來幾個博士，自己搞研發；科學家組建團隊，招來幾個工程師，自己搞成果轉化。
實際上，科研需要積淀，需要基因，需要文化氛圍，需要有梯級的團隊，四面八方拼湊來的高學歷人才，出不了有價值的成果；而把一個科技成果變成生產力，需要具備計劃、技術、資本、成本、市場以及風險控制等一系列要素，絕非一個簡單的組合就可以完成。再進一步的后果是，企業家搞不出有價值的創新性成果，有的水務企業研發中心反復組建了很多遍，有的試圖以研發人數致勝，一個不大的企業竟有一兩百名研發人員；科學家也推廣不出自己本來有價值的成果，鍥而不舍地反復成立公司，造成社會資源的巨大浪費。
十幾年前，我在北京市一個企業工作時，參加了市里組織的赴歐洲創新型社會培訓班。一個月的時間，我們除了聽專家授課，還參觀了許多企業、大學、社會創新機構和相關政府部門，近距離觀察歐洲社會高效的創新文化和創新機制。關于成果轉化，我感受最深的是，企業愿意拿出自己一大部分利潤購買知識產權或使用權，拿幾百萬歐元買幾張紙或一個思路，體現出了他們對知識產權的那種深入骨髓的尊重，這對中國企業來說是難以想象的。
在這種氛圍下，西方的科學家可以專注新理念、新思想、新機理、新方法的探索，一旦有了有價值的成果，可以很順暢地交由企業去轉化，而且是按合理價值實現轉化。因此，我們也看到，西方的教授們大多不會做那些虛無縹緲的研究，更不會跟在別人后邊去做重復性試驗，他們專注在有意義的創新上。
總之，社會需要有分工，也需要有合作，需要合理分工默契地合作，這是實現高效成果轉化并推動科技進步必要的社會環境。污水處理行業需要逐步構建這樣的環境。
《環境與生活》：科技成果的商業轉化如此多艱，那科技成果公益轉化的情況會不會好一些？
王洪臣：好，我們接下來再談談科技成果公益轉化的障礙。公益轉化是指把科研成果以技術政策、規范、標準、導則或指南等法規文件的方式向全行業公開轉化，指導工程設計、建設以及運營管理?？茖W家把科研成果以論文形式公開發表后供行業參考使用，也屬于公益轉化。
按理說，公益轉化沒有了商業環節，應該容易實現轉化，但實際轉化效率甚至比商業轉化更低。
污水處理領域的技術政策、規范、標準、導則或指南等法規文件主要是總結已有工程或項目經驗，雖然這些文件通常都有關于科技進步的章節或條款，但是幾乎見不到科技新成果的體現。這一狀況的后果是徹底封住了科技成果通向工程建設的轉化之路，因為沒有哪個設計院愿意大膽采用新成果，因為這樣一來就得承擔不遵守法規性技術文件的風險。
另外，我國的設計院雖然都叫設計研究院，但重在設計、輕于研究，這與我國多年來的行業形態有關。我國的設計院是從工程的項目建議書、可行性研究報告、初步設計一路負責到施工圖設計，有時還得做施工配合，用在可行性研究報告上的時間很短、精力很少。短時間快速編制的可行性研究報告只能是照搬規范或手冊，可行性研究報告成了可批報告，極少去研究采用新的科研成果。
西方的設計院通常叫咨詢公司，大多只負責概念設計，也就相當于我國的可行性研究報告，頂多涉及一些初步設計的內容，施工圖設計則交由施工單位承擔。這樣，西方咨詢公司就有時間深入研究，編制出高水平的概念設計，采用新成果的可能性大大增加，許多咨詢公司為了概念設計甚至要開展大量測試或中間試驗。一個科技成果要具備推廣、復制的條件，通常要經過生產性試驗和工程示范，但污水處理行業的許多科技成果通常難以找到合適的生產性試驗場地和工程示范項目，因為很少有企業愿意為此承擔風險。
由于污水處理廠出水的嚴格監管和處罰機制，也很少有企業愿意在已有設施上進行成果驗證。從法規性文件、工程設計建設到運營管理的一系列障礙，導致科研成果難以實現公益性轉化。
《環境與生活》：那么，這些障礙是可以克服的嗎？請問未來我們應該如何去克服這些障礙？
王洪臣：為什么說以上障礙為天然障礙，因為這些障礙無關于哪個方面，不是人為設置，是多年的沿襲，是習慣思維下的習慣做法。但是，大批科研成果束之高閣，不能發揮效益，令人嘆息。
尤其是當一個行業不愿、不敢或沒有機制去承擔科技進步帶來的風險，那么它將沒有科技進步，也將無法實現高質量發展。怎么破解這些障礙？恐非一招一策，只能寄望于不斷改革，改革一定會發揮作用。
實現低碳的路徑是協同減排
《環境與生活》：您是中國人民大學低碳水環境技術研究中心主任。在邁向碳中和的大背景下，請問水務領域如何為碳達峰和碳中和做貢獻？
王洪臣：政府間氣候變化專門委員會 (ipcc)組織全球300位科學家包括幾位中國科學家聯合撰寫了《氣候變化的科學基礎》一書，從科學角度論證了氣候正在發生變化，近百年來全球溫度的變化是人類活動的結果。導致氣候變化的這些人類活動可以概括為：人類發現了地下化石能源，開采出來，用作燃料，排放了大量的二氧化碳。
城市水務大致占全社會總電耗的3%，其中污水處理過程約占全社會總電耗的1%。那我們就可以理解成，污水處理行業間接的碳排放大概能占到全社會總排放的0.5%，所謂間接碳排放是指因消耗了電而計算出的碳排放。
另外，在污水處理的轉化過程中，也會有直接的溫室氣體排放，比如甲烷和一氧化二氮的排放，其中單位甲烷的碳當量相當于單位二氧化碳的21倍，一氧化二氮更高，達到了312倍。盡管它們的排放量相對較低，但造成的溫室效應卻不能忽視。污泥處理處置也會產生碳排放。從污泥填埋方面講，歐洲為什么將填埋費變成了填埋稅？主要是填埋會導致大量的溫室氣體排放。大型填埋廠一定會設甲烷的回收系統，問題是污泥中的有機物需要二三十年的時間才能徹底穩定下來，才能不再釋放碳了，開始前5年可能釋放50%，那個時候釋放量比較大，我們還可以把它收集起來，可是剩下的50%需要二三十年的時間才能釋放完，就沒辦法收集了，就會排放到大氣中。因為污泥填埋比焚燒的碳排放量大，所以從溫室氣體排放控制的角度來看，首先是要杜絕填埋。但是，在填埋過程中，有機物會變成有機質，有機質會變成腐殖質。東北的黑土地好，就是因為土壤中含的腐殖質高達10%。土壤中腐殖質含量高就不會板結，透氣性好，空氣中的氮就可以進入土壤，生成肥料。富含腐殖質的土壤保持水分、保持肥料的能力強。
如果我們將有機物、污泥、垃圾等直接焚燒，相較于填埋會減少碳排放，但卻破壞了腐殖質，進不到土地中去，就會導致土壤貧瘠，就需要更多的化肥。生產化肥需要消耗能源，大量灌溉用水也要消耗能源，所以很多時候，有機物焚燒不是最優的。
自然界存在一個無機物和有機物之間的相互平衡，無機物變成有機物就是通過光合作用，植物通過光合作用，把大氣中的二氧化碳轉換成人類用來維持自身生存的能量，比如小麥、玉米等糧食作物。如果沒有光合作用，沒有無機物向有機物的轉換，就沒有人類的生存。與此同時，有機物也需要回到土地，才能形成循環。如果焚燒，燃燒后產生的氣體在大氣中排走了，燃燒后的灰渣沒法與土壤混合生成肥料，所以人類生態文明很重要的一點，就是要尊重大自然的循環，讓有機物有序地回到土地里。
污水處理的直接碳排放和間接碳排放合計占全社會總體碳排放量的1%至2%，雖然占比很小，但減排效益大。
在污水處理領域中，找到正確的技術以及正確的技術路線，就可以減少碳排放，其減碳的效益比能源、交通等領域要大得多。
總體上，污水處理應盡快往協同減排的方向走，既減排污染物也減排碳，協同減排越早越好。不能只考慮控制污染物而不考慮碳排放，對待有些為控制污染而帶來高碳排放的投資要謹慎。
面向未來的城市污水處理概念廠
《環境與生活》：我國未來治理水污染,應該更注意哪些問題？在觀念層面，應該有哪些大的調整和改變？
王洪臣：我對未來的污水處理，總的看法可以分成兩個方面，首先我們需要思考未來社會需要什么樣的污水處理?，F在，一提到污水處理廠，大家覺得它雖然是一個城市基礎設施，但觀念上認為類似于城市的“廁所”，臟東西都會排到那里去，是一個治理污染的地方。
未來污水處理要滿足人類社會的需要，隨著人類社會文明程度的提高，污水處理廠不應再是一個“廁所”的概念，應是往“衛生間”、“化妝間”的方向去發展，變成城市最漂亮的地方?，F在，各城市都缺水，污水也不能輕易排走，也不能遠離人們的生活，我們需要把污水處理干凈后，用來滿足城市用水，美化人居環境，讓生活更美好。未來，我們要把污水處理廠變為一個城市的生態綜合體。
2013年，中國工程院院士曲久輝研究員帶領幾位學者（清華大學環境學院王凱軍教授，中國人民大學環境學院王洪臣教授，清華大學環境學院余剛教授，中國21世紀議程管理中心副主任柯兵、中國科學技術大學化學學院俞漢青教授），發起成立了“中國城市污水處理概念廠專家委員會”，提出“建設面向未來的中國污水處理概念廠”這一命題，希望以此融通各方智慧和共識、啟迪創新和創造，引領中國污水處理事業的升級發展：
第一，污水處理廠可以打造成城市人居環境中最漂亮的地方，有水有肥，有創造美好環境的物質基礎，高度融入城市的生活；
第二，污水處理廠完全可以成為一個資源工廠，污水處理并不是將污染物消滅掉、處理完就行了，污水處理廠的籌建從一開始就要考慮產出，產出水、氮、磷，并進行回收，支援有機質的回收，建設生態文明；
第三，污水處理可以為碳達峰做出一定貢獻；
第四，也是我認為最重要的，人類社會對污水處理廠的最大要求，是污水處理廠在發揮其基礎作用的功能上，需要大大縮減體積。道理很簡單，污水越多的地方人就越多，人越多的地方土地資源就越緊張?，F在全國污水處理廠的占地面積一共有幾十萬畝，雖然從整個國土面積來看并不算多，但都是離人們生活最近的、最優質的土地。所以，人們對污水處理的需求，除了最基本的功能外，還要漂亮、要低碳、要集約。
最后，在規劃布局上實現分散也是個大方向。全國第一大污水處理廠是上海白龍港污水處理廠，日處理量是280萬噸。第二大污水處理廠是上海竹園污水處理廠，現在的日處理量是220萬噸。第三大是北京高碑店污水處理廠，日處理量是100萬噸。此外，還有廣州、成都、沈陽等一批百萬噸級的污水處理廠。污水處理廠太大，風險加大，會使城市因此缺乏彈性和韌性。
物理技術路線比較有前景
《環境與生活》：如您剛才所說的，未來的污水處理要走反集中化、低碳的發展道路，什么樣的技術路線會比較有前景呢？
王洪臣：技術的路線要按需求走，需求也會推動技術的進步。污水處理不止一個單元技術，它是一系列的單元技術組成的工藝流程。所有單元技術可以歸結為四大類：物理處理技術、化學處理技術、生物處理技術、物理化學處理技術。
現在污水處理的技術組合是：物理技術承擔預處理，比如沉沙池、沉淀池，將大塊的顆粒去除掉；接著是生物技術，這是流程中發揮主要作用的環節，大量的污染物是通過生物技術去除掉的；再進一步的處理環節就是物理化學技術，比如混凝、過濾、吸附等。
目前，物理技術起預處理作用、生物技術起主要去除作用、物理化學技術負責精細化處理，而純化學技術一般不應用于市政污水處理，主要應用于工業廢水處理。
大多數人的看法是：物理技術很粗放，只能做預處理；化學處理是黑色技術，會產生難以處理的化學污泥，在治理污染的同時很可能會產生新的污染；生物處理技術是綠色的，不產生新的污染物。
毋庸置疑，以活性污泥法為核心的生物處理技術為人類的污水處理做出了歷史性貢獻，但它占地大、能耗高，要消耗大量建筑材料，按照對污水處理集約化和低碳要求，未必仍是未來的主流技術。我個人看法，物理技術尤其是各種清潔分離技術，在未來的污水處理中有可能發揮更大的作用，而不再只是預處理角色。為什么呢？生物處理技術降解污染物的速率是以小時計，化學技術即化學反應的速率是以分鐘計，而物理技術分離污染物的速率是以秒計，如果物理技術發揮更大的作用，污水處理將大大走向集約化。
圖｜發表于《環境與生活》雜志2021年2-3月號總第156-157期“聚焦“欄目的原創文章
【環境人物】王洪臣
王洪臣，中國人民大學教授、博士生導師，教授級高級工程師、注冊環境工程師，國家生態環境保護科技領軍人才、享受國務院政府特殊津貼的專家，獲評2011首屆“中國水業年度人物”。
現任中國人民大學低碳水環境技術研究中心主任，兼任住房和城鄉建設部科技委城鎮水務委員會委員、生態環境部土壤生態保護專家委員會委員、中國城鎮供水與排水協會技術戰略咨詢委員會委員、中國環保產業協會常務理事以及中國土木工程學會水工業分會常務理事等社會職務，長期從事城鎮污水處理及農村污水治理技術的研究開發與管理政策研究，共發表論文200余篇，出版專著4部，獲發明專利授權30余項。
官方公眾號
官方小程序