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郑大讲坛第244期

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发布时间:2018-03-29

 

 

郑大讲坛

 

 

244

郑州大学党委宣传部 编         20171115

 

 

 

 

城市水循环系统构建与技术发展方向的思考……………胡洪营

 

【编者按】1110日,清华大学研究生院副院长胡洪营教授应邀为我校师生作了一场题为《城市水循环系统构建和技术发展方向的思考》的讲座。胡教授首先以城镇水环境存在的突出问题及根源为突破口,从四 个方面详细加以叙述,分别是水资源的重要性、水资源短缺问题、水环境污染问题和水空间萎缩问题。采用问题导向型的方式,逐渐引出针对水环境的突出问题及根源的解决方法,包括城市水循环系统和污水再生处理回用等方式。并对这些处理方式作出中肯评价,从而引发同学们对相关技术发展方向做出思考 。胡教授长期奋战在治理水污染的第一线,深切感受到随着我国经济迅速发展,对水环境的治理也愈发迫切,简单科学治水和理性治水任重而道远。科学治水的重大担子依然肩负在我们莘莘学子肩上。胡洪营教授讲座高屋建瓴,十分具有现实指导意义。现刊登全文,以飨读者。


 

城市水循环系统构建与技术发展方向的思考

胡洪营

 

作者简介】胡洪营,清华大学博士生导师,现任清华大学研究生院副院长。是国家杰出青年基金、国家教学名师奖和中组部万人计划领军人才获得者。任国家环境保护、环境微生物利用与安全与控制重点实验室主任、兼任国际标准化组织混用技术组织委员会主席、教育部环境科学与工程安全、共建部海绵城市建设专家委员会委员、中国环境科学学会污水处理与混用专业委员会主任以及多部国内外专业学术期刊的主编、副主编。出版了多部教材和专著,如《环境工程原理》,《水处理生物学》《污水再生利用指南》(译著)《再生水水质安全评价和保障原理》和《水质研究方法》等教材和专著,。获北京市教育创新标兵称号、北京市教学成果特等奖、国家级教学成果二等奖和宝钢教育基金优秀教师特等奖等教学奖励。

 

谢谢李院长的介绍。其实介绍这么多,我的工作其实就两个内容。一个是教学,我担任本科生的两门必修课老师,一个是《环境工程原理》,一个是《环境微生物原理》,另外还担任一门硕士研究生的课程老师,叫《水质研究方法》,这是教书;另外一个就是科研,我的科研集中在水的回用,也就是说把污水用掉。其实就这么两点,其他都是覆盖了这两点。

今天我给大家介绍的内容也是和水相关的。城市水的循环利用系统构建与技术发展方向的思考,这仅仅是一些思考,不成熟的地方请大家批评指正。

我主要从这五个方面给大家做一下简单的介绍。首先是城镇水环境存在的突出问题及根源,这个不用多说在座的各位都非常的熟悉水的重要性,因为水是城市的血脉,很多城市都傍水而建,依水而兴,城市也会因水而衰,也就是说,我们在水的旁边建了城市,水的问题就会关系到城市的衰败,水环境质量体现了一个城市的品味、生活质量和生态文明建设的水平,很难想象一个城市黑臭水体遍地都是,它的生态文明建设水平会高,生活质量会高。另外一个水生态安全问题决定了城市发展的潜力,不光水,水生态也一样也是城镇化发展战略的重要保障,我们有一个很好的水生态安全的保障,那么这对于建设城镇化,建设小康社会,美丽中国等等都是一个保障,,也就是咱们国家现在有几个战略这都列在这儿了,小康社会、美丽中国、健康中国等等这些都离不开环境。所以我说,这是环境专业的重要性。我一直在外边在讲,到一所学校,见他们校长就会说我的观点:一流的大学就得有一流的环境学科,也就是说环境学科的水平反映了一个学校的综合实力,建一流大学就必须建一流环境学科,这是我的观点,因为环境学科利用各个学科的知识、这些力量来综合解决环境的问题,他是一个学校是综合实力的反映。那面临的哪些与水相关的环境问题呢?

 

我这里总结出来了四句话,一个是水资源短缺,缺水、水少。另外一个是水环境污染,就是水污染了,水生态破坏,另外一个呢就是水空间的萎缩,也就是说水面积减少了。那这些都会与社会建设和生态文明建设密切相关,互相影响、互相制约。那我们可以看到水资源短缺问题比较严重,很多地方缺水,包括郑州也是一个缺水的城市。刚才在路上还问老师,城市水源从哪里来,现在黄河水不稳定了,还会出现水环境问题等等,离黄河这么近也没法用它的水了,不能再依赖于黄河水了。那现在城镇化率是百分之六十几,现在是2017年了,城镇人口有7亿多,有660座城市,400多座都面临缺水的问题,到2030年,,我们城镇化率提高到70%,城镇人口就会增加很多,那城镇人口多了,用水量就会增多,那到时候水资源供需的矛盾就会更突出,水环境安全保障也就更难做到,而且大家知道GDP增长其实就是用水量的增长,前段时间我在和他们讨论虚拟水的概念,大家说喝一杯咖啡多少升啊,也就一百豪升或两百毫升吧,那你知道生产这一杯咖啡需要多少水吗,大家有没有印象,大约44升,从你种咖啡,把咖啡豆都收获回来,晒干磨碎,最后生成咖啡,这一过程需要消耗40多升水,也就是说一杯小小的咖啡有了40多升的水的需求量,这就叫虚拟水量。说是虚拟水量,虚拟是我们看不见的,没有喝到的水。就是说我们要咖啡需要这么多水。那这样算的话,大家穿的牛仔裤,一条牛仔裤生产出来需要多少水吗,不知道是吧,你们回去查一下,反正是比我穿的这个耗水很多,这就是虚拟水,我们穿不同的衣服消耗的虚拟水量是不一样的,总的水资源量也不一样。上周在日本,跟他们的国力研究所交流时,算一算日本的虚拟水是多少,日本本来不是一个缺水的国家,大量的进口产品都是别的国家的,也就是进口了别人的水,也就是大量的耗水的产品都在别的国家生产,他自己耗费不了那么多水,那这是一种水的来源,进口产品就是进口别人的水资源,没水是寸步难行的。那这时候还是看的见水,我又跟他们开玩笑说,那这些生产耗水大的产品,比如说牛仔裤放到日本去生产,为什么要放到日本生产呢,因为日本的生产效率高啊,同样生产一条牛仔裤,他的耗水量较少,我说放到日本多好啊,从整个地球上来看,耗水量还少了,但是这是不可能达到的,因为还有劳动力成本等其他因素。考虑这些的话,GDP的增长与耗水量是成正比的,没有水就没有办法支撑GDP的增长。

那我们再看水环境污染,,我不知道郑州黑臭水体多不多,咱们国家很多城市黑臭水体非常多,包括广州,深圳等一些更发达的城市。而且在我们国家,水失调,水失调里边很重要的一点就是要控制黑臭水体,到2030年,七大流域的流量比例,城市建成区的黑臭水体,也就是说地级市以上,那郑州肯定是我们要控制的对象,也就是说到2030年,郑州市黑臭水体不能出现了。黑臭水体的治理,有人说不是个科学问题。为什么呀,因为黑臭没法定量的表达,他其实是一个个非常复杂的科学问题,今天没有时间,给大家讲不了黑臭水体这个问题了。总而言之,黑臭水体很多,老百姓也烦,治理也非常难,企业忙乎,因为治理就有商机,但是往往得不到一个好的结果。那不是科学问题是个什么问题呢?是个实践问题,实践问题是不是科学的,也是,是个复杂的科学问题,比如说黑臭水体怎么形成的,多大程度下可以不黑臭等等。那么再看水生态破坏,比如说,这些河流看起来非常漂亮,但其实其生态系统是不完整的,也就是说一个三面包的河流,有一段时间,曾经二三十年前或十几年前,城市建设突出化,自然的河流就把他修成这样了,看起来表面好看,其实生态系统是破坏的。咱们再看水空间的缩减,你看有些河道给加上盖了,我查了一下,包括是南方的一些城市,将整条河道盖上盖了作为头条新闻来报道,说城市建设取得了突破,把河道给盖上其实是违背自然规律的,认为盖上了的河流就是好的河流了,这其实是掩耳盗铃嘛。就这些现象还是非常的多的。那存在这么多的水环境问题,病原到底是什么。我们只有找到问题的根源才能解释这些问题,现阶段,表面上看,水治理的措施非常短暂,没有考虑长效作用,不长效的设施与政策,这涉及到政府的政策,看政策是否有长远的效益,在一个不全面的水质指标与检测,那这个是什么呢,比如说一条河流非常长,只是检测几个有数的断面,说这个断面水质好吗,到我们不知道两个断面见得河流水质怎么样,,所以一些政府治理的时候在检测断面上边采取了很多措施,有一次一个山东的地级市的环保局的局长给我打电话,胡老师我们的河流断面水质老不达标,然后说有些企业在那治理,前边撒了很多混凝剂。这个检测断面COD是下去了,后面又长出来了,问这种措施对不对。我说不对。不应该这么做。首先混凝剂洒到河道里边就不对,在一个在检测断面做的也不对,仅仅在检测断面治理就更不对了。就像我们有些城市,有时候我们要检测了,为了使表格好看,就在周边多喷水,是一样的道理。就是我们看检测断面达不达标,是表面的。不给力的水设施的运营与监管,下水道与污水处理的设施运行管理不到位,他是达不到预期的处理效果的。还有一个不扎实设计与建设的问题。也就是说我们设计的很好,在建设过程不达标,那也造成很多工程不好用,这是现阶段存在的问题。

但是还有更深层次的问题,深层次的问题是不永续的供排水体系,我们现在的城市供排与不能满足我们现在的需求与发展。再一个呢,不合理的污废水的治理模式,本身我有这种设施,但是模式不合理,再一个不科学的污废水的排放标准,那这个怎么讲呢,比如说COD大家都知道吧,COD的标准很多,比方说一级排放标准,cod达为40毫升,有些企业,工业废水排放达到50或者60毫升,为了降低COD的排放,采取了各种各样的办法,比如我经常见到一些污水处理厂为了COD达标,像排放的污水里家大量的次氯酸,加上次氯酸和有机物反映,之后COD的测定值就会下降,,但是大家有没有想过,60COD浓度,这么高的有机物浓度加了次氯酸以后会发生什么现象,会产生副作用,次氯酸和COD反映,COD的含量是降了,但是又生成了含氯的物质,会有副产物,对生态还是产生了破坏作用。大家知道饮用水的COD是多少啊,那很低的,你测不出来,用COD铬你测不出来,没办法,用什么,用COD锰来测定,因为他的检测下限比较低,也就是说COD铬检测不出来的COD的浓度。那即使是这样,引用水用氯消毒也会有副产物。若是COD达到五六十的水加上次氯酸,可想而知,COD的浓度达标了,他生成了更大的副作用。我是举了一个例子,我觉得这是不合理的污水排放标准指标。我一直想写一篇论文,论COD的功和过,取消COD这个指标,上次我跟环保部的司长说,司长说,你先别写了,COD还搞不定呢,你把它指标取消了怎么办。其实一个什么样的指标,那我说用DOC指标。用总碳的含量衡量,也即是污水说加上次氯酸后,COD降了,总碳的含量没变。那你得想办法把总碳量去除掉。那这只是我据地一个例子啊,再一个不落地的技术和工业的研究,也就是说我们做了很多研究,发了很多论文,但都是为了研究而研究,但其实并不落地,发了很多高大上的论文,压根就不可能解决问题,那发论文还觉得我的学术水平很高,为什么,我发的期刊影响因子高,我觉得这都是表面的东西,,另外,不对接的科学与技术工程,刚才我说压根就不着地的,但是还有一些着地的,但是我们工程师很难实现,设计院可以多花点时间沟通,设计院有成熟的技术,我们认为开发技术不靠谱,但是我们搞研究的认为很合理。在这之间没有很好的沟通。这是中国存在的一些非常现实的问题。这是深层次的问题,那只有解决现阶段问题,才有可能保持水环境可持续发展,从这些意义上将,科学治水和理性治水是非常有道理的,是任重而道远的。大家都是学生比较多,到现场去得机会不多,我走了很多的城市,黑臭河道也看了很多,一些公司介绍的很多,接触的层次比较多,各个层次的领导也接触了很多,我们就会发现,我们国家环保部门提一提,我说我们国家环保部门的春天真正到了。原来的可靠性比较低,现在真的好了,但是也带来一个问题全民都处在环境治理的焦虑期,大家都想几天之内把环境问题治理好,而且给的下面的压力非常大,这种情况下,为了短期获得这种效果,就有病乱投医了,知道我有动作就行了,不管他有没有长效。带来一系列环境问题,也就是说治污的焦虑带来很多不科学的问题,留下很多的后遗症。因此对我们来讲,科学治水和理性之水任重而道远。还需要在座的各位包括我呀,要多呼吁才行。那这是我们存在的问题。那这些问题的根源是什么呢,这是一个现有的城镇供排水问题。那刚才我们说的这些问题,只要解决了城镇供排水问题,这些问题我想就都可以解决了。

现在的城镇供排水是一个什么样的特点呢,从水源取水,比方说从黄河取水,到自来水厂,生产自来水之后,经过供水管网到用户,用户用完之后肯定会产生污水,那污水在进入污水的管网,那很多地方,当然像郑州有很多污水处理厂,然后到了污水处理厂里,处理之后就外排了。那雨水怎么办呢,雨水有一部分进入污水,一起和污水到了河流下水道,污水厂,有一部分分流制的污水直接排走了,那这就是非常典型的城镇给排水排水系统。那这个系统的特点是什么呢,他是水资源的单项的利用,从上游取水,下游排走了,他是流动的单项的,利用效率非常低,就利用一次,变成污水就排走了。再一个呢,客水的依赖性比较大,也就是说主要依赖上游的水。再一个,污水排放量大,我们用水量大约百分之八十变成了污水,然后处理了就排放了,大概就是这样。他的生态影响可以说是很严重的,虽然有污水处理厂的存在。这是他存在的一些问题。这是我们的给排水体系。那么再看具体的污废水的处理模式是什么样的呢,这是非常典型的我们国家的污废水处理模式。那总的来讲他是多个集中处理。

什么叫混合集中处理呢,首先是不同企业的工业废水的处理,首先污水经过预处理了,混合之后变成工业废水了,然后和生活污水进行混合,一级处理二级处理之后,有时候就排放了。有时候会深度处理消毒处理以后再排放,,也就是说不同行业的工业废水和生活污水的混合处理。工业废水和生活污水混合处理是我们国家最常见的污水排放模式。特别是县城或者是一些郊县郊区等都是这种模式。那这种模式会带来什么问题呢,大家都知道混合的越复杂越难处理,假如我有一杯糖水和一杯牛奶,分别处理他们,把糖去除掉,把蛋白质去除掉,这样很好提取,那如果我把糖水和牛奶混在一起吧,要同时提取糖和牛奶的蛋白那方法就完全不一样了。那假如里边再加上含重金属的水呢,再加上第三种废水,三种物质一起提取就更复杂了,单独的重金属的处理其实处理并不难,假如把他们混在一起就很那处理了,也就是说污水处理的一个总的原则就是能不混就不混,越单一的成分越容易提取,那我们把相对单一的成分的污水混合在一起,那大家想合理不合理。那为什么这种不合理的现象还存在呢。一个是管网的问题,但不仅仅是管网的问题,比如说我们让企业的废水达到排放标准后直接排到环境中,管网的工业废水是不应该进入到环境的,但实际上我们国家还有一个管网的排放指标,你说工业废水预处理到一定程度排放管网中去,我一直呼吁以后一定要取消这个排放标准。为什么,因为这个标准形同虚设,管不了,那个企业,政府部门你说你这个企业排到下水道的水要达标,事实上管不住的。那我们只能从根上来解决这个问题。你能去测测一个企业下水道管网排放标准到底是多少,实际上不现实。我们只能从根上解决。这是这个问题。也就是说,无论从实际上还是理论上都存在很多问题,还是那个问题,为什么还要这么做呢,因为他有它的道理。存在的就是合理的。就是我们的管理部门认为好管理。为什么,大家都弄到一个污水处理厂监管一个污水处理厂不就完了吗。这就是这样。我试图想反对这个模式时,我还查了一下这是环保政策的经验。我很不赞同。那存在什么问题呢,比如说上游的工业废水为什么可以排进来呢,他是有前提的,也就是说你要预处理到一定浓度再去排,这个体系还是比较完善的,但是谁能保证他真正能处理呢。实际上很多情况下并不是这样的。也就是说,没有预处理直接就排入到下水道了直接进入到污水处理厂了。污水处理厂一般是按照生活污水的水质条件来设定的,生活污水和工业废水相比有什么不一样,比如说生活污水重金属很少的,生活污水相对来说比较容易生物降解,那工业废水就不一样了,不一定能用生物方法来处理,工业废水进入污水处理厂后有可能对后边的处理系统产生影响,比如说导致系统瘫痪,瘫痪之后水质可能就不好了,这是我拍的照片,进水变得异常以后,二级出水就变得这样了,那变成这样的话,环保部门就要罚污水处理厂,那污水处理厂也没有办法说这也不是我造成的啊,是上边的水冲击我们的,那说知道是谁冲击的吗,那他不知道,这种情况就罚他,那污水处理厂遇到这种情况怎么办呢,加大投药量,尽可能的维持处理效果。大家想加药是什么呢,加了药肯定就会产生污泥,污泥量产生了带来了一系列的问题。往往受到冲击以后并不是加点药就能解决的问题,用污水处理系统的生物活性就抑制住了以后,它的恢复是需要时间的,也就说,冲击了一下他,后边就带来了很多问题,对应的还有一个问题,污水的资源化利用,假如说污水处理厂上游有很多工业废水进来。它的污泥我们还敢用吗,有毒的物质,比如说重金属含量很高,这肯定会增加污泥利用的风险。那这些都是不好的。再一个,难以应对的产业结构的调整,比方说上游的产业计划调整了,工业变化了,工业废水的准备也变化了。总而言之这些非常不好,但是实际上还是存在的。这是污水处理的模式。那我们再看处理系统。看处理的工艺,这是一个最典型的处理工艺。在座的各位不用讲大家也知道初级池、曝气池、二次沉淀、混凝沉淀、杀菌消毒,有的时候还会砂率,那这个就回用了,很长的一个处理的工艺。那这个工艺的特点是什么呀。首先是多单元系统,很多个单元串起来的,另外呢还是生物处理为核心的也就是说大部分的有机物,是在这个单元里边消毒的,从量上来讲。大家看他为什么会有这么多单元呢,每个单元承担的任务不一样,首选是解碳,什么是解碳呢,首先是分解有机物,COD的量发生变化,变成水和二氧化碳,另外是脱氮,脱氮是硝化和反硝化的过程,那最后是除磷,这些都很难在一个池子里边进行的,混凝沉淀,很多情况下是在这个池子里处理的,是为了去除sos的,最后这些还都不行,最后要脱盐,所以说每个单元都有每个单元的任务,越来越长。那无论怎么着,生物处理是他的核心,那生物处理有什么问题呢,生物处理是把COD变成很多两部分,一部分变成水和二氧化碳了,另一部分变成污泥了,那污泥的比例有多大呢,好氧处理大概是50%70%变成了污泥。污泥是什么,说好了是资源,说不好是污染物。现在我们国家污水处理厂建了很多,都面临着污泥处理的问题,水是变干净了,但是污泥留下了。

生物处理,生物处理有很多问题,我们开发一些新的技术,比方说最近新工艺,比方说膜,非常火,大家都认为膜的技术是未来主流的技术到目前为止谁也不怀疑。但是,大家有没有考虑,膜到底是一个什么样的技术?是一个物理分离的技术,把水分离出来好的利用,把污染物浓缩到其他地方,浓缩之后到哪去了呢?大家有没有考虑过,这是一个问题。另外一个,为了维持膜系统的运行,我们不得不做哪些事?大家有那么有考虑过,大家都十分看好这个工艺,是一个双膜工艺,为什么是一个双膜工艺呢,大家都知道前边是一个膜,防尘罩又是一个膜,处理的时候要保护防尘罩,前边要加一个过滤,所以这是双膜工艺,可以说目前为止,分离技术最好的就是双膜工艺,也是一个非常高大上的工艺。我们再看,也说RO处水非常好,有的家庭都用,这个叫什么啊?净水器,净水器回收率多少家庭用的,三升里面取1升水,这些还有农水的问题,再详细的看一下,我们对这个工艺进行一个详细的分析,在这个烧膜的工艺,这个膜,在这之前我还要消毒,是为了这个不会污堵,那我们即使这样,他也会堵,那我们就需要化学处理,也就是说在RO表面容易结污垢,为什么会这样的呢?因为RO是纯水过滤的,盐都被截留了大部分,被截留意味着什么?表面无机盐浓度就会增高,增高就会析出结垢,那为了防止结垢,结垢就会导致膜的损化,我们就要加阻垢剂,另外为什么还要就还原剂呢?因为前面有氯消毒,氯是氧化性的物质,而RO氧化膜对氧化性非常的敏感,容易老化,老化后就衰减的非常快。而这个膜也是非常贵的,我们要保护它,那怎么办呢?就要把氧化剂给消灭掉,消灭到后,里面没有鱼类,微生物就会生长,表面就会有微生物,就会有污垢,我们还要除去,就要加非氧化物的试剂,就是说这就巧妙的解决了又怕氧化,又怕微生物长的问题。那即是这样,还是有微生物怎么办?还是要洗,RO出来的水还是有钾,氯。总而言之,为了维护系统的正常运行,我们不得不还是要加这些化学药剂。有哪些化学药剂呢?有混凝剂,氧化剂,消毒剂,非氧化试剂等等这么多,而且不仅种类多,加的量还十分大,比如说非氧化试剂要加多少呢?加几个毫升,RO会浓缩,比如说100毫升的水处理后,有70毫升的好水,还有25毫升的浓水,这意味着污染物浓缩了4倍,我们添加的药剂也浓缩了4倍。比如说5个毫升的非氧化试剂浓缩4倍之后就是20毫升,那这些是这样,他对环境的影响到哪去了?最终还会回到环境。那对环境的影响如何呢?比如说我们做了一个取水样,不同的节点采水,我们测它的毒性,二级注水测得不怎么高,但氯消毒后就升上来了,为什么呢?因为氯和有机物发生了反应,刚才我说的,这是我们不想看到的。后面RO浓水变成多少,成330多。也就是以上说了那么多,现在为止我们的污水处理以环境转嫁和能量消耗为代价的,现在的污水处理系统也有转价系统,这些转价有时候是我们愿意的,为什么呢?因为他污染到身边的水要好,短期的效果。那我们再看,水质评价指标,BODCOD大家都知道,刚才我讲了很多,大家总以为cod降低了就是好,我想这个不用多讲了,很容易理解,比如说cod物质的量这么表达,我们不能说cod高了就是安全,但是也不能说低了就是安全。这是实验室开发的一种方法,我们叫处理有机物水分的指纹解析。水中溶解性有机物COD到底是什么组分,我们从数值分离中按它的酸碱性,金属性,流量大小分成不同的类,还有一个组分6*n组分,我们给他各种水平图,这是城市级储水图,同样的COD组分完全不同,不一样它的特性就不一样,我们就会知道它的特点。我们再看这些指标,在看水质特征指标,水中存在污染物若想桶这么多的话,现有的方法也有,并不一定可以测出来,选择下线的话或许有点,但也无法知道水。那么如何测定,目前正常的水处理都被否定了,我们怎么做,我们要引入生物毒性检测,看谁能不能安全,消毒过程中生物毒性是升高的。进水二级处理后是下降的,然而升高,最后受氧再加虑,发光率是100%,是不能存活的,有同学说加氯了,是不是因为氯的存在,氯本身是有毒的,我们把氯给消掉,注水脱氯后仍是90%多,说明不是余氯本身造成的,是氯和水中有机物生成的一种物质,那这些意味着常规水质的屈服并不意味着水质变好,并不意味着水质变得安全,有时反而会导致毒性升高。那怎么办,需要有新的指标来评价,我们再看遗传毒性会怎么样,遗传毒性也是升高的,毒性环节导致毒性变化是非常大的,总而言之,我们面对的水是一个复杂体系,但是我们在做的过程中应把它当做一个简单的体系,把它简单化,简单化并不是不好化,要科学的简单化,也就是说我们的水是一个多组分,多作用,多反应,多因素,简单化后用COD来表示微量污染物的调查很多,内分泌干扰物,抗生素等等。

测了这么多,还需要个体代替整体,部分代替整体,一时不代表全部,像今天郑州的天气非常好,今天会代表一年天气,显然不合理。一个月取一次水质,特足的断面取水,这有多种因素。如果说COD水质翻倍,有一次去南方,同事观察海绵城市建设和非洲水治理,市长和我说,我们的目标是单位水,我们的的使用率降低了,环境给他的评价不是以最好的因子评价的,而是最坏的因子,就像这个房间,要什么都好,温度也好,湿度合适,那就是COD浓度高,那它是一个好的环境吗?不是,环境因子是靠最差的因子决定的,我说你没用最差的,市长不讲科学,别人都讲消除黑臭,黑体,你却打造三类水,这就是单因素代表的多因素的例子,存在很多问题,这是实践,那么研究有什么问题,我觉得技术研究,开发,工程实践是三位一体的,互相支撑,但事实上,是三位异体,新理论,新技术研究成果应用滞后,面向实践的技术研究十分缓慢,这是两个问题。到哪去了呢?原理创新,且“靠谱”的处理技术特别少。俩点,一个是论文导向明显,导致越“创新”越难靠谱。我觉得这是一个问题,我觉得我们应该反思,我们的时间到哪去了,我们的精力到哪去了,我们有没有做有意义的研究,这是我们应该深思的东西。对重“新”技术的研究要多,不玩点新的,发不出论文。但事实对现有技术的适用性评价非常少,一个非常充足的技术,可以掌握的技术人员非常不多,那也就是说我们环保公司的技术人员的能力是非常欠缺的,也就是对处理工艺优选和设计方法学研究非常少。大家都上过水处理工程,水处理工程讲了多少工程设计的这些理论,都在讲单元操作,说我怎么设计工艺,我测测BOD,COD,最后这个COD/BOD,在0.4-0.6就可以设计。大家有没有想过,为什么可以设计工艺,设计工艺靠不靠谱。为什么?首先,同一个COD处理性能的组分不一样,特别是工程上的配置,对污水处理研究的多,对污水处理特性评价方法研究的少,也就是测得的污染研究水平,COD多少,BOD多少,但处理特性很少研究。怎么判定他是不是可处理的?我们评价的非常少,对常规指标关注的多,对水质安全质量关注的少,这是存在的问题。为什么会罗列这些问题,我觉得指出问题才能有研究的方向。如果认为都好,我们就没有进步的方向。一说我们要给自己找问题,本身我是做污水处理的,要给自己找方向,讲了这么多道理,未来应该怎么发展呢?也就是说创新和发展的方向,我觉得未来的系统应该是域内循环,自给自足,也就是要建立一个域内循环,自给自足的体系。这个域内循环,自给自足的体系是我给循环体积提出来的,大家知道循环最大的问题是水的问题,怎么来支撑200多万的新的城市和城区,它的水是从哪来的?例如白洋淀,白洋淀的水是非常少的,污染很重,水源一直从外部调水,即使能使用,这是不是我们发展的一种模式,中国必须要靠调水吗?我觉得不应该是循环体积首先要考虑的是,我觉得并不是不要调水,我觉得喝的这部分水还是要调的,我建议要域内循环,自给自足,循环的发展能够在水上真正的实现自给自足,就为我们国家城镇化的发展树立一个很好的样貌。假如仅仅依赖调水,我觉得这是很大的折扣。我们处理了水之后,污水处理厂实行水处理,我们不叫水处理,叫精炼,能不能像炼石油一样炼我们的污水呢?把别的水处理后可以用吗,也就是说把污水处理厂变成污水精炼厂的话,我们把污水处理成再生水,我们依赖上游的取水就可以大大减少,如果区域利用合理的话,我们就可以不靠外来的水,实现自己的循环体系。

当然这里面有很多的技术问题需要我们攻破:多大的区域我们可以维持,显然这个房间不行,这个校园也不行,那整个郑州市有没有可能?你的范围越大,可能性就会越提高。现在我非常关心县里,一个县里基本上能做到自给自足,因为一个县基本可以做到能源自立,生产物自给自足,这是一个。再一个他有独立的活动空间,各种各样的生态要素都有,为我们提供了足够的考虑空间,在山东省的几个县里,能实现的几率是多少,真正建成这样的话,我想我们的水环境就可以持续了,我们就不缺水了。所以我一直在外呼吁,污水是什么,是我们取之不尽,用之不竭的资源。我不知道大家同意不同意我说的话?因为用水就要排水,循环我们就不会缺水。有同学说挥发,蒸发,那是肯定的,但是下雨时一样的,可能我说的有些绝对,但是需要加上一句话,那就是就近可取,水质稳定的取之不尽,用之不竭的水资源。为什么会这样,那我们水都排到下水道,但是可以取出来,虽然水质污染比较严重,但水质是基本稳定的,稳定我们就可以采取进一步处理,把它处理干净,就是这样的,这是我想象中的,并不是我追求的一种模式。污水处理的模式应该是什么呢?不应该是混合处理,应该是分类收集,分别处理的模式问题。处理之后就可以使用,同类的水合并同类项来进行收集。这样我们才可能提高水的利用率。也就是说污水从集中收集,集中处理向分类收集,分类处理的模式转变。那我们的处理工艺怎么办,也就是说要把目前为止的达标排放向将来的污水处理工艺即:污水精炼,产水为先。什么是产水为先?也就是把生产能用的水作为一个优先的理念,把污水当成一种能用的资源,这是大家都不反对的。但是我再提一点,不要把污水当成一种资源,而是污水资源,这四个字不要分开写。它的高效利用是个核心,也就是说把污水系统视为“生产系统和工艺”,如果按生产工艺来设计的话,什么是生产工艺,也就是说能用的产品。那我们以污水为原料,我们可以生产什么,那肯定是水。首先要考虑生产工艺的目标不一样,设计也就不一样,这是我一直在探讨的,也就是说我们要关注大的水系统。我们的成本水系统怎么办,要考虑这个问题,也就是说这是发展的一个方向。

什么叫污水精炼的概念呢?转变现有的基于污染物分解和去除的污水处理模式,通过精细化筛分和高效转化,实现污水资源的安全,高效利用。这些只是概念靠谱吗?还是比较靠谱的,如何靠谱,根据我们提出的几种模式,有时间可以和大家细讲。因为我们现在的技术在某种程度上是可以实现的。再一个,工艺讲完了,那水质是如何实现的呢?我们要用综合生物毒性来评价,也就是说不仅要利用化学毒性的指标,还有比如,遗传毒性,毒性因子。假如改变我们的技术就会不一样。那怎么来利用毒性,由于时间关系我就不想多讲了。途径的测点还是非常难得,让一般的工厂测这些是不可能的,那我们有必要找出合理的毒性因子,控制产生毒性因子的根源,那这是以上讲的背景,那其实我的研究是研究水的利用的,利用水本身,水本身是研究什么问题呢?首先,污水的再生利用是我们经常遇到的,也就是生产,污水的再生利用生产我们可以利用的水。北京市的排水集团再生水是供不应求的,但你想和它要,得不到。北京是个缺水的城市,那就有用户。如果发出这张图,那和我们现在的污水处理系统又不一样。那有哪不一样?首先没有用户,而且没有场地,污水排了没有人会给你钱。提供商品就要提供安全,功能。系统不一样会带来很多的科学问题和技术需求,为我们的研究带来了很大的扩展空间。污水再生系统有一个双重的特征,总结为“两像,两不像”,两像,首先处理污水的具有污水的处理系统,同时处理的水有用户,又有供水系统的特征。又像污水处理系统,又像供水系统。还有两不像,不像污水处理系统,因为他生产的水有用户,又和现在的饮用水系统不一样,以污水为原料生产有用的水,现在污水是什么,非常好的水源,甚至可以直接喝的水再净化,显然就不一样。也就是他有两不像特征。两不像特征给我们带来很多技术的要求,技术要求都是大家非常希望看到的点,技术需求给在座的各位提供了很多研究的空间。污水中又很多有毒有害的物质,给我们带来了风险,我们要去除他。核心安全保障是可以的,就现在的技术而言,保障安全并不难。比方说我们用RO,生产出来的污水也可以喝,那他价钱比较多,还带来农水的问题。也就是说单一的强调安全是不合适的,我们一定要平衡高效性,而且水还要稳定,所以我们要平衡这三个,而且每一个都带来平衡是非。再生水利用的水质安全保障的困难会更大,因为他是一个污水水质安全利用的问题。再一个对研究所的要求会更高,一般的水研究出来能不能用,能不能直接喝,我们有具有好的分析手段才可以。对物的要求也高,对水质监管的要求也高。这就需要我们更全面,深入,细致。在座的很多讲到这里肯定会担心再生水安全吗?这么脏的水生产出来能用,在美国研究,直接喝,我们没有好的分析手段是不行的,对工艺要求也高,对水质监管要求也高,这就需要我们更全面深入,更系统,更精细,更长期的研究。

我们老百姓会关心再生水安全吗?污水处理出来的东西能喝吗?政府会关注我怎么能保护它的安全,污染物指标控制到什么程度才安全,我怎么管理这个水质风险,我怎么构建一个再生水高效利用的循环体系,这是政府会考虑的事情。工程界会关心政府给我提出这些要求了我怎么去实现呢?原来达标排放和现在的污水回用又有怎样的要求,也会比较关心,满足污染物的控制目标和工艺操作参数,举个例子,污水排放标准对大肠杆菌的水质指标是1000个,那我们处理了水再用,国家的标准是3个,而美国是不能检测出来。从1000降到3个甚至检测不出来,需要什么样的技术,怎么从1000减到3呢?可以加药,加多少药呢?假如说用氯消毒,达到二级出水标准,要加很多药。臭氧一般的3~5mg/L,消毒要加几十个毫克升,氯消毒,一般情况下加10个毫克升就够了,反过来,我们加几十个毫克升,这些氯又会带来什么问题?会产生消毒副产物。我们怎么去解决这些矛盾呢?现在我们开发了臭氧消毒,紫外消毒和氯联合消毒,在北京被广泛应用,既解决了消毒目标的问题,又防止消毒副产物的产生。为什么说,是这三者的结合,而不是和其他的相结合呢?为什么三者结合是把臭氧放到前面呢?这些都是技术研究得出来的结果。这都是工程界关心的问题,那我们学术界应该做什么?我们要回答这些问题,如果回答不了就说明我们的研究不到位,我们要回答水质指标的安全问题,另一方面,我们要回答,什么样的再生水是安全的,如何制定再生水的标准,标准不是政府提出来的,而是专家提出来的。如何保障再生水的安全,我们要做更深入的研究去回答这个问题。

给大家讲几个例子,深度处理之后,二级处理之后加混凝沉淀,混凝沉淀之后,COD是升高了,还是降低了?COD肯定是降低了,但是COD降低之后,水质变好了吗?其实我们发现,污水深度处理反而会导致再生水生物稳定性下降,二级处理出水的AOC,什么叫AOC呢?AOC就是生物的可利用碳, 这个碳越高,水里的微生物 越容易生长,水生物稳定性下降,这是我们不想看到的现象。饮用水AOC50多,二级出水是几百,深度处理之后反倒成几千了,也就是说实际上二级出水混凝沉淀后的AOC升高了,生物稳定性变差了,为什么会出现这种现象呢?

我们做的深度处理有混凝和消毒,我们来看一下混凝沉淀,取若干个水样, 进行混凝实验,得出来混凝之后AOC升高的结论,一开始不能相信这个结果,又让我的学生做了一遍,发现这个现象确实存在。为什么混凝之后,COD降低了,而AOC反而升高了呢?

二级处理水里面有机物COD,COD有大分子的和小分子的,混凝沉淀能去除大分子的有机物,大分子有机物去掉了,反倒AOC升高了,我们就推断,是不是大分子有机物存在什么问题,当然我们也推断,是不是混凝剂里面的污染物加进去了呢?最后我们发现,这些有机物大分子,混凝沉淀之后少了,大分子起什么作用呢?大分子有机物起抑制细菌生长的作用,也就是说,有大分子的有机物存在,细菌很难生长,混凝沉淀把大分子去除了,抑制作用就

解除了,细菌就容易生长。假如说我们达标排放的话,我们就发现不了这种现象,假如我们不用AOC来评价再生水,我们也发现不了这种现象,发现不了不代表它不存在,也就是我们并不知道水质为什么会变差。这就需要我们基础研究认识这个工艺,认识这个水质,这就是我们强调的为什么化学要做基础性的研究。

我们再来看一下臭氧,臭氧氧化之后AOC也会明显升高,这现象不奇怪,在饮用水这块做了多年的研究,臭氧处理之后AOC就是会升高。给的解释是臭氧处理之后,大分子物质变成小分子物质了,小分子容易被细菌利用,所以细菌容易生长,到目前为止,没人会怀疑。但事实上再生水是不是这样?不完全是这样,一部分是大分子变成小分子了,AOC升高了,另一部分我们发现混凝沉淀过程中,大分子物质去除之后AOC升高了,臭氧处理是不是大分子本身没了,抑制作用解除了,它又升高了,存在这两种机理。我们发现,我们把水中的污染物按不同的分子量分开,测AOC在臭氧处理前后的变化,最后得出结论,大分子变成小分子,小分子容易被细菌利用使AOC升高的这种贡献率还是很低的,而解除了大分子对细菌生长的抑制作用,贡献率是很高的。这说明在饮用水方面的被大家公认的这些解释与再生水还是不一样的。所以说,在我们国家,再生水的安全高效利用,它的理论,技术,工程与管理研究远远落后于实践。我们要从水循环利用,安全高效利用的角度去重新评价,重新审视现在的技术是不是真的比较安全。而且我们的水质标准也一样。我们要优化现有技术和工艺组合及其运行操作,引导新原理,新技术的研究,开发和利用,我们要构筑科学,有效的风险管理和安全保障管理体系。

我们的污水再生利用模式也需要创新,现有的再生水利用模式是基于工程措施的人工循环利用,是经过一定深度处理之后的直接利用,下面我们举了个例子,这种模式只是再生水的单向,单次利用,效率不高。所以我们提出了这种生态循环,梯级利用的模式,把再生水处理了之后放到环境里面,再从环境里面取水,等于说,一次生态利用,再一次生产生活利用,用了两次。在这个基础上我们又提出了“介循环”的一个概念。介循环是污水处理之后,把它放入湖泊,河流,再从湖泊河流里面取水,从社区到家庭,企业,田地,企业内部要循环,企业间要循环,区域内要循环,再加上生态系统要循环。如果能建立这么一个体系的话,在郑州市这个区域里面,实现区域的循环用水是没有问题的。这是一个发展方向,未来就是要进行污水精炼,实现水利用率高,完善水质复杂体系研究方法。我们只有深刻认识到水质本身,才能快速实现这种趋势。比如城市污水二级处理出水的污染物浓度水平及其生态风险,横坐标是浓度,纵坐标是生态风险。TDS是几千个毫克升,COD是几十个毫克升,总氮是十几个毫克升,总磷是零点几,还有大量的污染物是零点零几个毫克升,这种浓度的跨度是几个数量级,是多种污染物的混合物。但是我们的研究很少针对这么多污染物,比如说这个老师拿了一个重金属在做研究,拿了一种化学物质在做研究,用纯水配,这些并不是不重要,但是仅仅做这些研究是不够的,就是我们在纯水里面配的化学物质,得出来的结论往往具有片面性,就是因为我们面对这个复杂的环境。也就是说水循环利用系统是城市发展的重要的保障,就刚才我提出的那个模式,水生态循环,梯级利用是一种高效的水循环利用模式,如果有条件了,希望大家去做,另外,再生水安全高效利用是水质净化结论,水处理技术和产业发展的重要推动力。要转变理念,新的理念就带来新的模式,新的模式就带来了新的目标,新的目标我们就需要新的技术,新的技术就会产生新的市场。我们行业的发展就需要科研的发展,大家都是环境专业的学生,环境专业最核心的竞争力就是需求,有需求就会发展,但是我们不能因为需求而制造需求。虽然说科学治水,理性治水任重而道远,但是水处理与回用需求正旺,大有可为,值得大家一起去奋斗。

以上只是本人的一些不成熟的思考,如果有什么地方和大家不一样的,或产生异议的地方,欢迎大家提出来,谢谢大家。