關閉“看海模式”？城市水汙染控製係統五大技（jì）術問題分析

今年將是人類環境保護曆（lì）史（shǐ）的重（chóng）要一年，全球將廣泛討論有關人類未來可持續（xù）發展的（de）兩項重大議程，環境問題將再次成為當今世界政治的核心議題。這兩個議題一是關於2015年千年目標後的全球可持續發展新目標的確定;其二是在今年年底的巴黎氣候峰會，人類將為把2050全球溫度升高控製在兩度（dù）之內進行最（zuì）後的努力。這兩項議程所設定的目標高低標誌著人類在應對全球環境挑（tiāo）戰時是否采取一致行（háng）動的意願中能否取得新的拐點。

　　在過去30年中，中國的環境保護一直在蹣跚前行。不論在戰略還是執行層麵，環境保護在國家經濟社會發展中的地位日益提高，但卻始（shǐ）終麵臨著兩個尷尬的狀（zhuàng）況（kuàng），其一是環境質量整體惡化局部改善的態勢基本沒有（yǒu）改變;其二是盡（jìn）管擁（yōng）有（yǒu）技術進（jìn）步等後發優勢（shì），我（wǒ）們一些主要汙染物的人均GDP峰值並沒有如OECD等國家的經濟與環境（jìng）關係所揭示的那樣早些到來。造（zào）成（chéng）這兩個問題的原因（yīn）是多方麵的，但從技術層麵上看，過多短期（qī）功利性的技術（shù）措施、汙染控製目標的單一與不合理、以（yǐ）及整體汙染（rǎn）控製方案缺乏成本和可行性分析等均值得我們反思。由於政策和技術等諸方麵的問題，在城市水汙染控製中大量出現了重調水輕治理、重地上輕地下、重景觀輕排（pái）放、重水線輕泥線、重建設輕運（yùn）行、重末端輕源頭、重規模輕質量等（děng）問題，使得我國不論城市區域層麵還是環境行業的整體投資與技術效率不高。

　　坦率地講，我國的汙染（rǎn）治理（lǐ）基本上延續的是發達國家的技術體係。我們在技術複製過程（chéng）中所表現出的宏觀問題除（chú）早期經驗不足外，深層次的原（yuán）因可能更主要的是我們在治理體係上的（de）嚴重不足。今年將在去年“大氣十條”的基礎上，國家出台“水十條”，新（xīn）修訂的《環境保護法》也已於2015年1月1日正式實施，希望這些新的強有（yǒu）力的舉措帶來的不僅僅是更多的財政投（tóu）入、更嚴厲的懲處和更高大的（de）控製目標，而是能夠有效推（tuī）動環境保護治理體係的深層次改革，在政策、技術和管理層麵，真正（zhèng）形成製（zhì）度化的長期性、整體性和科學性的解決方案。各種研究表明，中國環（huán）境質（zhì）量的整體恢複需要10—20年的時間，我們（men）能走得多快、走得多好、能（néng）否達到目標（biāo），將依賴於我們在新的一輪全球環境浪潮推動（dòng）下，抓住國家（jiā）經濟和社會轉型這一難得的戰略機（jī）遇期（qī），能否（fǒu）在治理（lǐ）體係上盡早建立起有效遏製環境惡化的製度性拐點（diǎn）。

　　水是城市發（fā）展的重要自然資源、經濟資（zī）源、社（shè）會資源和生態基礎要素。早在2002年的南非約翰內斯堡可持續發展世界首腦會議上，水問題即被列為五大可（kě）持續發（fā）展的世界性挑戰（zhàn）之首。人類對水環境問題的強烈關注反映了不同國（guó）家在其曆史上尋求各自發展進程中的共同經（jīng）驗：水資源具有不（bú）可替代的特殊戰略性地（dì）位。全球化（huà）、城市化和技術創新是本世紀推動自然和人類社會變化的核心動力，人口的（de）增長和（hé）人口向城（chéng）市的聚集所帶來（lái）的水環境問題（tí）將長期成為全球亟待解決的重要問題。從本質（zhì）上看，水問題是一個流域性和局域性的問題，它的全球化更多體現在全球各個地區都麵臨著（zhe）不（bú）同程度的水問題，而在局域層麵上，水設施又表現（xiàn）了明顯的自然壟斷性。水的這兩點屬性決定了（le）在（zài）治理空（kōng）間上技術方（fāng）案選擇的多樣性和治理成（chéng）效上對整體技術集（jí）成而非單一技術的依賴。因此在這裏，本文將不討論單一水汙染（rǎn）控製技（jì）術的發展問題，而是從宏觀視野提出（chū）5個問題，以與大家共同商榷。

　　去年是活性汙泥工藝誕辰一百周年，我們在廣（guǎng）泛慶祝活性汙泥法在解決城市水環境問題（tí）中所發揮的核心作用時，也要（yào）清醒（xǐng）地認識到，一百年來，相對於影響世界（jiè）變化的各種革命（mìng）性、顛覆性技術的蓬勃發展（zhǎn），城市水汙染控製技術的進步（bù）實在（zài）是微小的、極（jí）其遲緩的(incremental)。在城市（shì）中，不論是在汙水的排放方式、收集模式（shì）上，還是在處理流程上（shàng），都在固有的傳統布局、結（jié）構和工藝線（xiàn）上展開和（hé）修補。技術應用的模式也仍然停留在工藝選（xuǎn）擇、設計（jì）、經驗積（jī）累(know-how)、規範這（zhè）一傳統的土木工程的實踐範式中。即使信息、傳感（gǎn）和控製技術已廣泛深入到今天幾乎（hū）人類生活（huó）的（de）所有方（fāng）麵，城市排水係統的運行仍然停留在粗放式、經驗式、開（kāi）環的非現代工業化的範疇。

　　百年來，城市排水係（xì）統一直缺乏技（jì）術變革的動力。究其原因可能（néng）來自兩個方麵，其一是城市基礎（chǔ）設施的巨大投資和自然壟斷特征（zhēng）所（suǒ）帶來的技術（shù）鎖定效應（yīng），即新技術（shù）的產生隻能在原有（yǒu）技術結構基礎上才更易於應用（yòng）;其二是現有的技術體（tǐ）係較好地解決了OECD國家的城市常規水汙染問題。對於我們來說，技術體係上（shàng）的跟蹤與複製（zhì）無疑是一種安全的、易於實現的模式，這也（yě）是為什麽過（guò）去30年來我們的城市排水係統建設基本沿循了（le）歐美技術模式，而（ér）學術界很少對這一模（mó）式的合理性產生過集體反思和（hé）批判，從而在技術和學術上深入探討是否可以找到更好的突破性的、革（gé）命性的新範式(paradigm)。

　　到目前為止，全球隻有OECD國家整體上完成了（le）城市化和現代化進程，人類至少還有6個甚至更多同樣體量人口的國家將以更快的速度完成城市化和現代化進程。關於城市水（shuǐ）問題的解決方案，今天最大的科學爭論是兩個（gè）問題，一是目前的城市水汙染控製技術模式是否（fǒu）可以解決未來全球城市化所帶來的水問題，其二是在技術廣泛進（jìn）步的今天，這一技術模式是否（fǒu）在經濟（jì）上仍然是（shì）最佳可行方案，從而更好地減輕人類（lèi）社會特別（bié）是老齡化社會（huì）的環境負擔。第（dì）二個問（wèn）題顯然（rán）更為複雜，但至少在第一（yī）個問題上的答案已（yǐ）經走向了否定。由於人口密度的大幅增加和超大城市在發展中國家的大量（liàng）出現，不論在地理（lǐ）空間、自（zì）然容量還（hái）是在城市與鄉村（cūn）的營養物質平衡上，以及用水形態（tài）的變化上，都從（cóng）質上(criticalmass)改變了人類對城市排水設施（shī）的控製目標要求。例如，全球（qiú）性的活性氮失衡已經呈（chéng）現出與氣候變化同樣急迫的全球性挑戰。氣候變化所帶來的極端（duān）幹旱和降雨衝擊的增多，對城市水環（huán）境設施的脆弱性和適應（yīng）性提出了（le）新的要求。因此，在我們尋求今天城市水問題的技術模式時，必須以批判性思維，在（zài）學術上（shàng）以全球的視角和更長遠（yuǎn）的眼界來提出我們的問題導（dǎo）向。

　　國家科技、建設和環保等部門曆來高度重視水汙染控製技（jì）術的研（yán）發，不論是基礎研究（jiū）、還是863計劃、攻關項目和支撐計劃，都進行了廣泛（fàn）的布局和支持。特別是在（zài）“十一五”期間，啟動了國（guó）家水重大專項，這是迄今為止人類曆史上對水汙染控製技術投入強度最（zuì）大的（de）一次整體化、集團式攻關，幾乎國內所有的重要研究（jiū）單位（wèi）都加入其中。通過幾（jǐ）年（nián）的努力，城市主（zhǔ）題在汙水處理廠一（yī）級A升級改造、汙水回（huí）用、排（pái）水（shuǐ）管網收集、城市麵源汙染控製、汙泥（ní）處理處置、城市黑臭河道水質改善等方麵取得了一係列技術突破，推動了相關技術的應用和成熟，帶動了城市排水設施的建設和提標。但遺憾的是，水重大專（zhuān）項主要麵向的（de）是我國今天急迫解決的（de）水環境汙染問（wèn）題和相關（guān）的現實工程需（xū）求，因此在（zài）技術（shù）體（tǐ）係的設計上不得不在傳統的學術範式框架內展開，主要注重空間上的技（jì）術集成和短（duǎn）期的技術示範方案。但就技術發（fā）展而言，如果（guǒ）我們今天不生活在未（wèi）來，我（wǒ）們明天隻能生（shēng）活在（zài）過（guò）去。因此，如前所述（shù），我們幾十年的科研布局還不是從長遠的係統技術需求上進行思考，這意味著我們未來（lái）的技術產出（chū）和選擇將會越來越依賴於今天的技術路線。今天（tiān）我（wǒ）們需要學術界跨越傳統的城市排水（shuǐ）體製和結（jié）構、跨越傳（chuán）統的處理工藝流程概念、跨（kuà）越傳統的土木（mù）工（gōng）程設計方法、跨越自身所熟知的（de）學術領（lǐng）域和知識（shí）範疇，以長（zhǎng）遠的、全球和區域城市化水問題而非城（chéng）市水問題為導向，探索建立新的水（shuǐ）環境技術（shù）範式。

　　技術創新的動力來自於充分（fèn）的市場競爭和法律約束。我國環保法明確規定地方政府是環境保護的責（zé）任人，但（dàn）遺憾的是，本次修改（gǎi）後的環保法隻對企業提出（chū）了明確的法律懲處約束，對由地方政府負責的社會排（pái）汙(如生活汙水排放)卻（què）仍停留在較弱的法律（lǜ）約束上。在法律約束不健全的製度環境（jìng）下，對於區域壟斷性的水行業，不（bú）論資產和運行的歸屬性質如何，我們必須盡快建立（lì）起全國性的、公開的、可核實（shí）的、真正的績（jì）效標杆體（tǐ）係。各國（guó）的（de）經驗證明，沒有這樣的標杆體係，即使傳統技術體係的改進也將極其緩慢，我們仍將是一個（gè）以資本、行政而非技術為主導的行（háng）業，而這（zhè）樣的行業是沒（méi）有全球競（jìng）爭力和技術突破希望（wàng）的。英國水（shuǐ）行業市場化改革的成功不僅是打破壟斷、引入外來（lái）資本，更重要的是建立了一套績效標（biāo）杆體係，從而（ér）帶動了整個（gè）行業在（zài）有序的競爭中大幅提高行業效率。隻要（yào）我們的市場仍停（tíng）留（liú）在無序、低價的惡性競（jìng）爭中，就（jiù）難以（yǐ）形成對技術的依賴（lài）。國家水專項城市主題中曾專門設立績效研究課題，但研究成果甚不理想（xiǎng），其核（hé）心原因不僅在於課題沒有探索（suǒ）采取先進的數（shù）據采集技術，更在於數據的不可獲得。但是，今天中國的排水（shuǐ）市場已經完全國際化，大量國際（jì）企業參與（yǔ）城市水設施的運行（háng）與建設（shè），我們（men）沒有理由以數據保密為借口來阻礙績效體係的建立。在大數（shù）據時代，數據公（gōng）開不僅有助於水行業數據挖掘技術的（de）創新，更將有助（zhù）於（yú）建立透明（míng）、規範的市場監督體係，從而推動行業的（de）技術進步。

　　即使在（zài）傳統的城市排（pái）水體係中，城市水汙染控製技術的有（yǒu）效性也（yě）首先依賴於設施的空間布（bù）局以（yǐ）及收集係統的體製和規模結構的設計，他們不僅影響（xiǎng）城市排水係（xì）統設施的波動性、負荷（hé）強度和衝擊性，更是經濟性和長期損耗的主要影響因素。如排水管網（wǎng）及其運行模式不（bú）僅影響汙染物的沉積、降解以及由此導致的管（guǎn）網腐蝕，而且對汙水處理廠的運行負荷（hé）衝擊、溢流（liú）量等帶來不可忽視的影響。但由於早期集成技術和（hé）空間分析技術的匱乏和認識的局限性，學術界的主要興趣一直（zhí）在“廠”的處理工藝（yì）技術上，或處理工藝的組合上（shàng），嚴重忽視（shì）了在城市空間上對各種水汙染（rǎn）控製設施和（hé）技術的集成技術的研究。今天，隨著空間技（jì）術、信息技術、傳感器和模擬技術的快速發展，城市排水係統的數字設計和數字運行已經成（chéng）為（wéi）可能，特別是海綿城市理念的（de）提出對低影響（xiǎng）開發設計的需求，全（quán）麵拓寬了城（chéng）市排水設施（shī）傳統的“網—廠”結構，而成為“麵—網—廠”結構，這無疑會大幅提升城市的排水係統設（shè）計的整體效益。新技術的出現要求改變城市排水設施現有的規劃（huá）設（shè）計程序，傳（chuán）統的、經驗式的“總規—詳規—設計”的規範模式已經成為科學設計和集成城市（shì）水汙染控製設施的製（zhì）度羈絆（bàn）。今天，城市排水設施已經開始進入到像設計冰（bīng）箱這樣工業產品的技術發展階段，我們這一行業應當建立新的規劃與設計規程。也隻（zhī）有這樣，排（pái）水設施的規劃與設計才能與城市的生態設計理念實現真正的底層結合，從而（ér）成為城市設計的核（hé）心專（zhuān）業而非依附專業，

　　隨著汙水處（chù）理廠大（dà）規模投入使用，我國已進入城市排水係統以運行為主體（tǐ）任務的階段。但曆史（shǐ）上，不（bú）同於其他的工（gōng）業化設計（jì）過程，我們在技（jì）術選擇和設施設計上很少全（quán）麵（miàn）考慮城市水環境設施運行對技術和（hé）設計的需求。這帶來兩個方麵的突（tū）出問題（tí），其一是妨礙了運行效率和效果的提升，近年的（de）國際經驗表明，傳統汙水處理廠的能效可以有30%以上的提高空（kōng）間，但在我國僅由於泵的（de）設（shè）計不合理，就極大限製了運（yùn）行效益的提升。早（zǎo）期的研究表（biǎo）明，汙水處理廠的（de）多點進水和多點回（huí）水可以有效提升汙水處理廠的處理（lǐ）效率和處（chù）理穩定性，隨著在（zài）線傳感（gǎn）器的不斷應用，汙水處理廠可以實現更靈活的運行，以更好地調整係統各個（gè）部分負荷與汙泥濃度之間的關係。但由於設計上的忽視，汙水（shuǐ）處理廠的運行技術改進空間受到了極大限（xiàn）製。其（qí）二是同一類（lèi）設施和工藝缺乏規範化和標準（zhǔn）化要求，盡管各技術工藝在（zài）處理效率上相差很小，但各種工藝和工藝組合卻五（wǔ）花八門，非標設計和部（bù）件也過多。表麵上看，這種選擇催生了（le）各種技術的創新，但這種小的技術創新與進步卻為運行和（hé）維護帶（dài）來了高昂的（de）成本和極大的（de）不（bú）便。下一階段，我國的汙水處理設施（shī）建設將麵向縣鎮，中小汙水處理廠（chǎng）的建設將成為主體，與大型汙水處（chù）理（lǐ）廠相比，其運行將更不穩定，同時由於人員素質（zhì）的限製，對解決其運行中出現的問題也將更加困難。因此通過開展區域性的最佳工程實踐，是否強製性地建立標準化、規範化的工藝設計已經成為（wéi）一個需要急迫討論的問題。這一問題的核（hé）心是需要從（cóng）運行效率（lǜ）和成本的角度判斷和評（píng）估多大的技術效率提升可以突（tū）破這些標（biāo）準化的限製，從而使這（zhè）一製度不成為技術創新的障礙。

　　城市汙水處理設施的設計目標（biāo）從來都是與區域環境質量和容量密切相關的，世界各國也都（dōu）是依（yī）據設施的規模確定排放標準。但我們目前在汙水排放標準上，不論區域排放點在哪裏（lǐ）、不論汙水處理廠的大（dà）小如何，一律采取同一標（biāo）準。這種做法看起來公平與嚴格，但事實是極不科學、不合理的。它忽略了不同規（guī）模汙水處理廠對排放環境影響的不同以及由此帶來的不同運行成本，忽略了（le）城市整體排水設施的設計效益，特別是源頭控（kòng）製對減排的益處可以減輕下遊水廠的處（chù）理水平。為解決這一問題，我（wǒ）們必須改變現有的排水體製，要將國家對排水標準的監管從水（shuǐ）廠（chǎng）上升到城市水體質量的監管，而將城市（shì）汙水（shuǐ）處理廠的監管（guǎn）權力和標準設定留給地方（fāng），真正體現（xiàn）地方是環境保護責任主體的權利與義務的統一。