近日，清華大學工程博士高峰論壇聚焦“地下污水處理廠”，論壇現場，清華大學環境學院副院長/教授王凱軍從生態文明建設的視角，為與會者分享了城市污水處理模式和技術的發展思考。以下為王凱軍老師發言實錄：

最近幾年，我國已經運行和在建的地下污水處理廠有30多座。近兩年，地下污水處理廠建設迅速，而且規模越來越大。據統計發現，雖然，地下污水處理廠的數量占我國污水處理的比重依舊較低（＜2%），但增長趨勢明顯，處理水量和投資總額增量分別占污水處理廠處理水量和總投資的6%和12%左右。地下污水處理廠建設是大勢所趨嗎？在技術上又帶來了哪些挑戰？近日，清華大學工程博士高峰論壇就聚焦“地下污水處理廠”，論壇現場，清華大學環境學院副院長/教授王凱軍從生態文明建設的視角，為與會者分享了城市污水處理模式和技術的發展思考。以下為王凱軍老師發言實錄：（以下內容根據現場發言整理，未經本人審閱）

選擇將“從生命文明視角看污水處理模式和技術的發展”作為發言的主題。大家可能覺得有點大，我認為搞技術的人，現在比較忽略政策的發展，搞學術的人更忽略國家政策的發展。所以選擇這樣一個主題。與大家分享一下我對生態文明學習的體會，特別是與地下污水處理廠有關的問題。

不同文明的特征與污水處理的關系

原始文明、農業文明，工業文明、信息文明和生態文明。

原始文明和農業文明時期，生產力低下，造成了對資源的掠奪。

工業文明時期，生產力極大發展，但對資源造成了非常大的破壞。生態文明以前我們講可持續發展，但生態文明的定義實際上要高于可持續發展，不只是可持續，以及持續發展，還要持續繁榮。

古埃及（非洲東北部及亞洲西部）、古巴比倫（亞洲西部）、古印度（亞洲南部）和中國（亞洲東部），四大文明古國的消失，主要都是由于戰爭，以及過度的開墾。

瑪雅文明繁盛、人口大增時，農業壓力越來越大，更多毀林開荒，生態環境惡化、資源枯竭，瑪雅文明開始崩潰。中國陜北，由于戰亂、亂砍濫伐導致黃土高原植被嚴重破壞，水土流失嚴重，形成“千溝萬壑”。

工業文明是以大機器生產為重要標志，機器大生產占主要地位的一種現代社會文明形態。比爾蓋茨曾做過對比，中國在三年里消耗的水泥量超過美國一百年的用量。可見我國資源掠奪性的開采和我國的建設達到了什么樣的程度。我國能源、資源大量的消耗，破壞了生態的平衡，產生了一系列的問題。

在城市污水處理建設中，可以看到，大規模的集中式污水處理廠是工業文明的代表。污水長距離加壓輸送，整個系統必然極其昂貴耗能。這種“福特式”污水集中處理模式是典型工業文明的產物。

這里列舉美國最大的污水處理廠（如下圖），全世界有十大污水處理廠，規模達465萬m3/d，進水泵站是世界最大地下污水提升泵站，地下90米深的隧道中提升至污水處理廠，甚至建設了鐵路運輸系統，這是工業文明的極致化。

 

現在著名的新加坡NEWater的實踐，仍然是工業時代的思路，高水質、高技術、高投入的方式，排污系統采用深層隧道從地下20米深入到55米，長達48公里。污水處理在二級生物加雙膜反滲透，以技術極致來解決所有問題。當高投入的技術走向極致，是否該考慮通過轉變模式進行變革。

總結認為，實際上，文明的焦點是城市。在西方，“文明”一詞就是古希臘城邦的代稱。工業文明推動的城市發展，工業文明城市的特征：熱衷于建造大、高、集中的市政設施；

廢棄物集中機械式處理；線性生產、浪費排放處理；部門、設施間相互分離

高碑店建一個污水處理廠，旁邊環衛部門建風電處理廠，這就是典型部門之間的分割。工業文明是一條不可持續的道路，人類社會必須轉向生態文明，核心在于城市轉型。

我國幾代領導人提出的生態文明，確實反映了我們應該發展的方向。從鄧小平時代，“兩手抓，兩手都要硬”，到“十八大”提出的五位一體生態文明建設。今年7月1日中央全面深化改革領導小組指出：我國發展已經到了必須加快推進生態文明建設的階段。生態文明建設是加快轉變經濟發展方式、實現綠色發展的必然要求。

城市污水與相關技術領域發展

今年是紀念城市污水活性污泥100周年。大家覺得活性污泥是非常好的選擇，但實際上，在發展過程中我們一直面臨著綠色和非綠色的選擇。

60年代，浙江一代，收集糞便用馬桶車清運，然后回到農田里。

19世紀七八十年代，由于疾病的原因，下水道發展了，分離的收集方法被淘汰。當時同樣有各種各樣的技術，有好氧技術、有厭氧技術，然后有了活性污泥法，有分散處理、也有集中處理，現在我們走上了集中處理的道路。

現在我們的活性污泥走到一個死胡同，有很多綠色的東西，我們并沒有去選擇。

而其他的行業，像電力行業、汽車行業雖然是高能耗行業，但它們都已經在研究綠色發展。污水處理是環保的一部分，所以很少搞綠色發展。在前幾年的節能降耗中，全國都在搞節能降耗，起到了推動作用，但力效果不大。

這個階段，我們認識污水處理應該是低碳的、資源回收的污水處理系統。

針對這些問題，最近一、兩年，中國專家綜合國際發展趨勢，提出建設超前的、世界標桿性的、具有引領性的污水處理概念廠理念。針對中國目前的問題，提出了4個追求：水質可持續、能源回收、資源循環、環境友好。

我國很多專家也認識到了這一問題，原建設部部長說，污水處理廠要超越福特式大規模、集中式處理的舊框框，這是一個工業時代的觀點，不是文明時代的觀點。更早時候，集中與分散問題聶梅生認為：應用新技術，絕對是要分散的；由集中到集中與分散相結合是科學發展的必然趨勢;，應用新技術，絕對是要分散的；由集中到集中與分散相結合是科學發展的必然趨勢。

比如說荷蘭提出了Greenhousevillage的技術，在過程當中發現這樣一個工程的推廣，需要很多學科互相參與。環境衛生、化學、土木工程師、生物技術學、(生物)化學、微生物學、灌溉、農學、建筑、地質學、種植和養殖、園藝學、經濟學和社會學、健康包括市民的參與，確實是多學科的。

美國的PresentArchitecture為解決紐約的垃圾問題，提出“綠環”：集垃圾堆肥中心與公園為一體構筑物。每個綠環都有社區公園和教育設施，并能夠冬季越野滑雪。綠環是一個垃圾處理廠，綠環的下面是垃圾處理裝置，利用分散處理概念，分布式的系統，一個綠環是一個公園，跟自行車道相結合，成為非常好的環境設施。

科學家預言2050年垂直農場將問世，解決潛在的全球糧食短缺問題。意大利米蘭建成世界首個綠色公寓——垂直森林。沿著外墻體、層層種下共730棵喬木、5000株灌木和1.1萬株草本植物。相當于1.1公頃的綠色植被。中水澆灌系統，利用風能與太陽能，增加能源的自給。

習總書記提出了山水林田湖的理念，“保護好生態環境，要有科學和系統的視野。如果種樹的只管種樹、治水的只管治水、護田的單純護田，很容易顧此失彼，最終造成生態的系統性破壞。”需要系統統籌，以此來看，污水處理今后應該賦有更多的職能，更輕的污染、更美的景觀、更少的占地、更低的投資（主要針對管網）、更高的生態價值。下一代污水處理就是低碳的、資源回收、零排放、生態的污水處理系統。

地下污水處理廠價值分析

我國目前地下污水處理廠的建設情況（如下表），粗略統計，最近幾年已經運行和在建的地下污水處理廠有30多個，實際超過30多個。如果把萬噸級都統計進來的話，可能會超過50座以上。

雖然，地下污水處理廠的數量占我國污水處理的比重依舊較低（＜2%），但增長趨勢明顯，處理水量和投資總額增量分別占污水處理廠處理水量和總投資的6%和12%左右。

我們要設計污水處理可持續發展的準則，少用或不使用不可再生資源，如：礦物、能源、土地等；在處理中回收資源和產生能源；如：水、N、P、沼氣、熱能等。可持續發展是不可再生的資源的可持續，實際上對能源、礦物等前幾年講的比較多，對土地問題講的比較少，實際上土地也是不可持續的資源。侯鋒總說，美國的方式需要7個地球。在我看來，中國的方式需要1個半國土來支撐我們的發展，到2020年可能需要2個。

雖然說發展“一帶一路”是共同繁榮，但從某種程度上講，我們的資源不足以支撐持續發展。目前我們的石油自給率已經很低了，2050年我們需要4個中國的國土。6年后中國耕地面積將跌破18億畝底線，保證土地是非常重要的選擇，在污水處理領域也是這樣的。

不光垃圾處理有鄰避問題，污水處理的鄰避問題也很嚴重的。肖家河污水處理廠其實就是由于鄰避問題，當時存在爭議，很多市民反對。10年過去后，肖家河污水處理廠周邊的土地也還沒有開發，海淀寸土寸金的地方，污水處理廠占地50畝，周邊卻將近1000畝地，相當于20倍的土地受到了一定的影響。論壇現場，桑德集團的張總也會對肖家河第二代污水處理廠進行介紹，可能很大程度會促進這塊土地的開發。由于隔離帶限制了周邊土地的開發和利用，現在仍然有一些人提出肖家河的問題。

城市水體和景觀可以大大提高土地價值。像紫竹院公園、陶然亭公園，有一些小區就選在公園周邊，土地的價值也升高了。在污水處理廠的邊上，如果土地價值升高，肯定是非常好的事。

碧水源在昆明做的項目，在高架路旁邊做了污水處理廠，這就是住宅。本身可以節約造價，這個項目本身節省土地投資10億以上，基本超過了污水處理廠的投資。

北京市區16個污水處理廠，總共3000多畝,我們設想一下，如果將這些做到地下，可以節省投資180億，已經超過了現在污水處理廠的總投資，當然這只是一個設想。同時這些污水處理廠分布在城市的各個區域，如果這些污水處理廠和頤和園、中山公園一起構成了城市的綠地，可能生態環境就可以得到更進一步的提升。

地下污水處理廠的模式與技術發展方向

當然，地下污水處理廠還有很多的問題，這里列出了三個技術問題和三個管理問題。

地下污水處理廠減少單位投資的途徑有哪些？

途徑一：開發高效（好氧、厭氧、兼氧）生物反應器系統，減少反應時間。

反應器形式：懸浮生長(低)、生物膜(中)和流化床(高)

目前，大家均采用懸浮生長系統，即好氧活性污泥系統，但是由于高度限制也很難采用流化床系統。

生物：1)提高數量：微生物濃度(MBR，顆粒污泥)；

2)提高質量：增強活性(沒有采用)；

好氧：曝氣和充氧形式(沒有變化)

途徑二：減少初次沉淀池、二次沉淀池的占地。好氧生物反應器，曝氣和充氧形式，地上地下差不多。現在國際好氧顆粒污泥技術比較熱，污水處理廠這么大的占地，好氧顆粒污泥以后，可以減少四分之三以上的占地。顆粒污泥沉降很好，沉降只需要3分鐘。二沉池是非常占地方的，不僅要地方傳統沉淀池，比如說像濾布濾池、動態砂過濾技術等。膜生物反應器(MBR)的優勢，污泥濃度高(停留時間短)、沒有二沉池、出水效果好

環境學院正在跟北控合作，從德國引進了納米絮凝劑技術。納米絮凝劑加入以后，沉淀加速，原來沉降只需要3分鐘，加了絮凝劑沉降非常迅速。現在已經在北京昌平搭建了中試，引進了他們的技術。這個技術一旦用到地下污水處理廠，也是一個新的革新。

從規范上來講，中國在這上面存在很大的問題，為什么舉了這兩個例子？像北京市所謂世界最大的首都機場T3航站樓，非常高的、無用的空間，造成了大量的能耗。而我們到世界其他地方去看，發現有很多國家吞吐量比我們還大，但卻沒有我們這樣的建筑。

我們和左劍惡老師5月份參觀了荷蘭80年代建的地下污水處理廠，發現我們還沒有擺脫傳統的模式。人的比例和走廊的高度，有點像大帽子扣在上面。由于規范的缺失，造成了很大的浪費，所以也迫切需要在規范上進行完善。

荷蘭80年代建設的廠

中國某地剛投產的廠