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(duì)環(huán)境問(wèn)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(gè)百年的交匯點(diǎn)，對(duì)水處理事業(yè)進(jìn)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(shuō)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(gè)百年，水處理廠更多的會(huì)是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)生態(tài)安全和資源循環(huán)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，未來(lái)的愿景，方向和機(jī)遇盡在六個(gè)字：低耗，循環(huán)，清潔。
回顧過(guò)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(guò)濾消毒技術(shù)，對(duì)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(gè)過(guò)程中,有很多里程碑的事件，其中一個(gè)就是工業(yè)廢水問(wèn)題的出現(xiàn)。在上世紀(jì)70年代初，很多文獻(xiàn)從原來(lái)記載飲用水的處理一下子就變成了工業(yè)廢水的報(bào)道，這個(gè)熱點(diǎn)一直持續(xù)到今天。
在去年做中國(guó)環(huán)境技術(shù)評(píng)估和環(huán)境技術(shù)預(yù)測(cè)的時(shí)候有人指出，工業(yè)廢水仍然是一個(gè)重要問(wèn)題，因?yàn)槲覀冋诮?jīng)歷一個(gè)沒有完成的，而且還會(huì)使環(huán)境變差的工業(yè)化時(shí)代。正是這樣一種需求，在1914年的時(shí)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(shí)候，發(fā)明了芬頓法，至今它仍然是一個(gè)研究熱點(diǎn)。這樣一些里程碑的事件過(guò)去了，那我們面臨的未來(lái)是什么?
如果我們用一個(gè)技術(shù)變革的事件來(lái)看未來(lái)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(diǎn)毫無(wú)疑問(wèn)，那就是技術(shù)創(chuàng)造是在工程運(yùn)用的需求當(dāng)中才能得到真正的解讀。我認(rèn)為，未來(lái)或者說(shuō)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(guò)程中應(yīng)該具有能耗和藥耗最大程度減少的可行性，同時(shí)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(diǎn)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(gè)工廠在未來(lái)的水處理廠當(dāng)中應(yīng)該從不同的角度不同的時(shí)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(lái)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(lái)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(wèn)題層出不窮，大家會(huì)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(shí)對(duì)水質(zhì)安全的判斷力非常軟弱，有的時(shí)候甚至無(wú)法判斷或是根本無(wú)法知道水質(zhì)是否安全，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的缺失，一個(gè)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(duì)問(wèn)題的解析以及應(yīng)對(duì)能力不足的重要原因。
對(duì)于將來(lái)會(huì)做成一個(gè)什么樣的飲用水處理廠這一問(wèn)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(lái)必須且只有兩個(gè)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(lái)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(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)放在一起，它在未來(lái)基準(zhǔn)研究上會(huì)形成一個(gè)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(gè)新標(biāo)準(zhǔn)會(huì)約束我們技術(shù)的核心，約束工業(yè)的改變，同時(shí)也會(huì)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(lái)飲用水的技術(shù)方向可能要關(guān)注這幾點(diǎn)：首先要保證水在進(jìn)入水廠之前是清潔的，是可以進(jìn)行水質(zhì)改善的(因?yàn)檫M(jìn)到水廠后需要花更多的代價(jià));其次，在處理工藝上我們絕對(duì)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(jiǎn)單化、設(shè)備的成套化、工藝的整裝化。同時(shí)在管理上得有一定的精細(xì)管理的條件，且最后都要落實(shí)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(jì)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(wèn)題。將來(lái)的污水處理廠，應(yīng)該是一個(gè)可靠的供水工廠，是一個(gè)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(gè)觀點(diǎn)：污水廠可不可以變成一個(gè)凈產(chǎn)能的工廠?他認(rèn)為污水處理廠也應(yīng)該是一個(gè)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)回收的工廠，同時(shí)還是一個(gè)可以進(jìn)行休閑娛樂(lè)的公共場(chǎng)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(lái)自于兩大驅(qū)動(dòng)力。第一個(gè)驅(qū)動(dòng)力就是基本工藝的改革，生物技術(shù)的發(fā)展必然帶動(dòng)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(lái)25個(gè)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(gè)重大契機(jī)，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(gè)驅(qū)動(dòng)力就是物質(zhì)循環(huán)的需求。這篇文章認(rèn)為在未來(lái)的技術(shù)方向上，厭氧氨氧化與好氧顆粒污泥這兩個(gè)技術(shù)是未來(lái)污水處理技術(shù)的重要途徑。
預(yù)測(cè)未來(lái)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(gè)方面的話，厭氧處理技術(shù)是一個(gè)重要方向。在厭氧處理過(guò)程中，要解決兩件事情，第一個(gè)是新生物技術(shù)的運(yùn)用，這點(diǎn)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(yùn)用到水處理上，那會(huì)有巨大的技術(shù)發(fā)展空間。比如電子轉(zhuǎn)移的問(wèn)題，如果在水處理過(guò)程中，能夠把電子轉(zhuǎn)移過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化，就會(huì)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(shí)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(huì)更加高效，第二個(gè)就是好氧技術(shù)的優(yōu)化，未來(lái)生活污水處理技術(shù)要實(shí)現(xiàn)工藝的簡(jiǎn)單化、設(shè)備化和整裝化，也和飲用水一樣要實(shí)現(xiàn)工藝的精細(xì)化和智慧化。
