水處理工廠，被稱為改變?nèi)祟惏l(fā)展歷程的重大發(fā)明。而隨著人類對環(huán)境問題認(rèn)知的改變，他們的功能與使命也在不斷變化。在活性污泥法誕生一百年的期間，很多學(xué)者站在兩個百年的交匯點，對水處理事業(yè)進行了回顧與展望。曲久輝院士這次演講則是當(dāng)年的一篇佳作。如果說之前水廠的使命是解決水資源供給和污染物減排，那么在下一個百年，水處理廠更多的會是實現(xiàn)人類社會生態(tài)安全和資源循環(huán)的“發(fā)動機”，未來的愿景，方向和機遇盡在六個字：低耗，循環(huán)，清潔。
回顧過去，飲用水技術(shù)的發(fā)展到今天已有100年的里程，特別是傳統(tǒng)的混凝沉淀過濾消毒技術(shù)，對保證人類的安全甚至健康都有著重要貢獻(xiàn)。到2014年，活性污泥法誕生也剛好100周年，它為保障城市生態(tài)環(huán)境的安全、保障人類生態(tài)環(huán)境的安全作出了重要的貢獻(xiàn)。在這個過程中,有很多里程碑的事件，其中一個就是工業(yè)廢水問題的出現(xiàn)。在上世紀(jì)70年代初，很多文獻(xiàn)從原來記載飲用水的處理一下子就變成了工業(yè)廢水的報道，這個熱點一直持續(xù)到今天。
在去年做中國環(huán)境技術(shù)評估和環(huán)境技術(shù)預(yù)測的時候有人指出，工業(yè)廢水仍然是一個重要問題，因為我們正在經(jīng)歷一個沒有完成的，而且還會使環(huán)境變差的工業(yè)化時代。正是這樣一種需求，在1914年的時候,誕生了活性污泥法。1902年，誕生了氯氣消毒法，這一發(fā)現(xiàn)改變了人類在飲用水安全方面的窘境。1894年的時候，發(fā)明了芬頓法，至今它仍然是一個研究熱點。這樣一些里程碑的事件過去了，那我們面臨的未來是什么?
如果我們用一個技術(shù)變革的事件來看未來我們的水處理廠，那么應(yīng)該是一種什么樣的產(chǎn)業(yè)?我們應(yīng)該采用什么樣的技術(shù)?又該使用何種工業(yè)模式?有一點毫無疑問，那就是技術(shù)創(chuàng)造是在工程運用的需求當(dāng)中才能得到真正的解讀。我認(rèn)為，未來或者說下一代水處理技術(shù)應(yīng)該是具有自身的清潔性，在處理過程中應(yīng)該具有能耗和藥耗最大程度減少的可行性，同時還必須具有保障水質(zhì)生態(tài)與人體健康安全的可靠性。如果從這樣一種觀點出發(fā),放到下一代水處理廠，那么飲用水處理廠應(yīng)該是保障水質(zhì)健康安全的健康工廠，生活污水處理廠應(yīng)該是能量與物質(zhì)回收的高質(zhì)工廠，工業(yè)廢水處理廠應(yīng)該是外化與資源化的循環(huán)工廠。這三個工廠在未來的水處理廠當(dāng)中應(yīng)該從不同的角度不同的時間展現(xiàn)在我們面前，并且為保障我們生態(tài)環(huán)境和人體健康發(fā)揮越來越重要的作用。
飲用水處理廠應(yīng)該是水質(zhì)安全和健康的工廠
隨著信息化的發(fā)展和新技術(shù)的革命，未來的污水處理廠還應(yīng)該是在最佳技術(shù)和成套裝備支撐下的智能化工廠。首先下一代的飲用水廠應(yīng)該具備什么樣的特質(zhì)?它應(yīng)該是保障水質(zhì)安全和健康的工廠。然而我們現(xiàn)在面臨著很多的困惑，新問題層出不窮，大家會發(fā)現(xiàn)水中的污染物質(zhì)或者是導(dǎo)致不健康的物質(zhì)不斷地被發(fā)現(xiàn)，同時對水質(zhì)安全的判斷力非常軟弱，有的時候甚至無法判斷或是根本無法知道水質(zhì)是否安全，一個標(biāo)準(zhǔn)的缺失，一個技術(shù)支撐的短板，這兩條都是導(dǎo)致我們的判斷力軟弱和對問題的解析以及應(yīng)對能力不足的重要原因。
對于將來會做成一個什么樣的飲用水處理廠這一問題，關(guān)鍵是提出的標(biāo)準(zhǔn)要具有剛性的約束力、管理的執(zhí)行力、安全的判斷力以及與民眾的溝通力，總結(jié)起來必須且只有兩個字：健康。如果沒有健康的保證，我們就不可能具有這“四力”，就沒有辦法來使飲用水的技術(shù)真正回到它所應(yīng)該發(fā)揮的作用上去。所以下一代的水處理廠的技術(shù)判斷可能就依據(jù)于這兩個標(biāo)準(zhǔn)：衛(wèi)生達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)、沒有毒性的標(biāo)準(zhǔn)。若將這兩個標(biāo)準(zhǔn)放在一起，它在未來基準(zhǔn)研究上會形成一個把現(xiàn)有的指標(biāo)和毒性指標(biāo)耦合在一起的新標(biāo)準(zhǔn)，這樣一個新標(biāo)準(zhǔn)會約束我們技術(shù)的核心，約束工業(yè)的改變，同時也會改變或者是規(guī)范管理方式，所以標(biāo)準(zhǔn)是決定技術(shù)的根本要素。我們認(rèn)為未來飲用水的技術(shù)方向可能要關(guān)注這幾點：首先要保證水在進入水廠之前是清潔的，是可以進行水質(zhì)改善的(因為進到水廠后需要花更多的代價);其次，在處理工藝上我們絕對不可以追求更復(fù)雜、更耗藥、更耗電、更難管理的程度，而是要追求工藝的簡單化、設(shè)備的成套化、工藝的整裝化。同時在管理上得有一定的精細(xì)管理的條件，且最后都要落實到以健康安全為核心思想上。
污水處理廠應(yīng)該是能量與物質(zhì)回收的高質(zhì)工廠
下一代污水處理廠應(yīng)該是能量與物質(zhì)回收的高質(zhì)工廠。我們不能盲目地追求物質(zhì)的回收和循環(huán)利用，必須在經(jīng)濟可行的情況下,才能解決可持續(xù)的物質(zhì)回收和能量回收的問題。將來的污水處理廠，應(yīng)該是一個可靠的供水工廠，是一個自產(chǎn)自用的能源轉(zhuǎn)化工廠。Perry McCarty 院士在2011年發(fā)表在EST上的文章中提出了一個觀點：污水廠可不可以變成一個凈產(chǎn)能的工廠?他認(rèn)為污水處理廠也應(yīng)該是一個營養(yǎng)物質(zhì)回收的工廠，同時還是一個可以進行休閑娛樂的公共場所。2014年Mark院士在其文章中提出污水處理技術(shù)的發(fā)展來自于兩大驅(qū)動力。第一個驅(qū)動力就是基本工藝的改革，生物技術(shù)的發(fā)展必然帶動污水處理、生物處理技術(shù)的改革。2005年發(fā)表在Science上的一篇文章中講到了未來25個科學(xué)突破，其中之一就是生物學(xué)。生物學(xué)的發(fā)展是污水生物處理的一個重大契機，可以預(yù)料到第六次科技革命主要是生命科學(xué)和物質(zhì)科學(xué)交叉的一種科學(xué)挑戰(zhàn)。所以基本工藝的改革和變革一定依賴于生物技術(shù)或生命和物質(zhì)科學(xué)相結(jié)合的技術(shù)。第二個驅(qū)動力就是物質(zhì)循環(huán)的需求。這篇文章認(rèn)為在未來的技術(shù)方向上，厭氧氨氧化與好氧顆粒污泥這兩個技術(shù)是未來污水處理技術(shù)的重要途徑。
預(yù)測未來污水處理的技術(shù)方向，如果考慮能源轉(zhuǎn)化、物質(zhì)回收、環(huán)境友好、生態(tài)安全這幾個方面的話，厭氧處理技術(shù)是一個重要方向。在厭氧處理過程中，要解決兩件事情，第一個是新生物技術(shù)的運用，這點在水處理技術(shù)中反應(yīng)比較緩慢。生命技術(shù)發(fā)展迅速，如果其中的技術(shù)能夠運用到水處理上，那會有巨大的技術(shù)發(fā)展空間。比如電子轉(zhuǎn)移的問題，如果在水處理過程中，能夠把電子轉(zhuǎn)移過程進行強化，就會使污水處理的效率大大提升。所以污水處理微觀調(diào)控要實現(xiàn)宏觀效果的根本途徑就是電子轉(zhuǎn)移，如果能在生物技術(shù)反應(yīng)器中找到更好的介體，電子轉(zhuǎn)移會更加高效，第二個就是好氧技術(shù)的優(yōu)化，未來生活污水處理技術(shù)要實現(xiàn)工藝的簡單化、設(shè)備化和整裝化，也和飲用水一樣要實現(xiàn)工藝的精細(xì)化和智慧化。
