文章导读
膜技术在水处理领域尤其是污水处理领域的加快应用和推广已经成为当务之急。
来源：财经国家周刊 作者：文剑平
当社会和政府将目光聚焦雾霾这“心肺之患”时，另一种比雾霾更隐秘、更严重的“心腹之患”——水安全问题更加迫切需要高度关注。人多水少、水资源分配时空不均是中国的基本国情和水情。水资源短缺、水污染严重、水生态环境恶化等问题十分突出，已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。
面对未来，我们必须将水安全问题上升到国家安全和中华民族能否持续发展、能否实现中国梦的战略高度加以重视，加强顶层设计，从生态文明建设高度加快改革水管理体制，打破体制和利益藩篱，同时重视高新技术的应用，推进污水排放标准的提高，加快高新技术的更新换代，通过技术途径缓解水危机。
一、揭开“平均值”的迷雾
“我国水资源总量约占全世界的6%，人口占20%，现状人均水资源量不足2100 m3，仅为世界人均值的1/4；2013年第二季度，全国地表水国控断面中Ⅰ～Ⅲ类水质断面占63.5%，劣Ⅴ类占10.8%……；2011年住建部城市供水水质监测中心公布我国城镇自来水厂出厂水质达标率为83%。”在今天这样的信息爆炸时代，这些数据随处可查，但是这些“平均值”中究竟隐藏着怎样的秘密，值得研究。
中国主要的用水和污水排放是集中在以城镇为核心的辐射范围内，这些地区的采水量已经严重超标，水体污染更是触目惊心。而将这些缺水情况和污染数值放在全国水系中“平均”一下，却得出了上述这些不疼不痒的“平均值”。
水少
我国人均水资源量仅为世界人均水平的1/4，比人均耕地占世界的平均值还要低12%；全国年平均缺水量500多亿m3。
因为水资源分布不均，北方缺水尤为严重，淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的63.5%，但其水资源量仅占全国的19%，只有400 m3。国际公认的极度缺水警戒线是人均500 m3，北京、天津等城市人均水资源量不足200 m3。全国2/3的城市处于缺水状态，100多座城市严重缺水；不少地方水资源过度开发，黄河流域达到76%，淮河流域53%，海河流域更是达到100%，远远超过国际公认的40%开发标准，生态环境处于严重失衡状态。
黄河“渴”了
黄河是世界三条断流大河之一，虽然已连续14年不断流，但黄河资源型缺水问题并未得到解决。黄河用水本以农业为主，但随着工业化和城市化进程加快，尤其能源重化工基地的快速发展，争水的矛盾日益凸显。按照《黄河流域综合规划》，2020年黄河流域将缺水94.3亿m3，相当于南水北调中线一期工程的调水量。在河南新乡的一些乡镇，因为黄河缺水，水稻整村整村地消失，守着黄河引不来水，是难以回避的问题。
尴尬的北京城
据北京市政府门户网站“首都之窗”的数据显示，目前北京市居民喝的每3杯水中，就有2杯来自于地下水。北京市水务局提供的数据显示，2011年北京市用水36亿m3，其中20多亿来自地下水。北京地下水位已由1999年的平均12 m左右，下降到2010年的平均24 m左右，在北京地面上已形成了2650 km2的沉降区。
水脏
环保部发布的《2013年上半年全国环境质量状况》表明，我国水污染严重及其加剧的趋势尚未完全得到遏制。劣Ⅴ类水质国控断面中，黄河达到21%，海河更是达到41.3%。61个国控重点湖泊（水库）监测总氮，其中劣于Ⅴ类水质标准的12个，占19.7%。2013年上半年，12个地表水国控断面（点位）共出现22次重金属超标现象。
让我们把目光聚焦在城市及其辐射的周边地区，全国36个主要城市的主要城市河道及流经水系，几乎全部受到不同程度的污染，根据城市断面的地表水监测数据表明，Ⅳ类和Ⅴ类水体已经达到50%；城市地下水也因此受到严重波及，已达到严重污染的程度。环保部发布的《2012中国环境状况公报》显示，在全国198个地市级行政区开展的4929个地下水水质监测点中，水质呈较差级及极差级的监测点共占57.3%。
当城市周边水源已经污染到如此程度的时候，真的能指望每个城市都耗巨资去几百公里甚至几千公里外的“待污染”地区调水吗？
“被稀释”的海河
海河是中国华北地区的最大水系，中国七大河流之一，整个海河水系流域面积为31.78万km2，占全国总面积的3.3%，生活着1.4亿人，农村人口占72％，覆盖北京、天津、河北、山西、山东、河南、内蒙古和辽宁等8个省（自治区、直辖市）。
全流域30个地市中，年污水排放量超过1.5亿m3的有北京、天津、石家庄、唐山、新乡、保定、邯郸、焦作、德州、安阳、聊城等 11 个城市，化学需氧量排放量约占流域总量的 65%，是水污染防治的重点区域。在2013 年上半年，海河流域为重度污染，63 个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类水质断面占41.3%，劣Ⅴ类占41.3%。海河干流2 个国控断面均为劣Ⅴ类。
2011年，海河流域总供水量中地下水占63.5％，农村生活用水基本为地下水。海河流域浅层地下水不符合生活饮用水卫生标准的分布区域约占全流域平原总面积的61.3％。
然而，这一污染数值放在全国七大水系中一平均，海河污染便悄然“被稀释”了。
久治不愈的滇池
滇池位于昆明市西南部，是我国第六大淡水湖。滇池是云贵高原上的一颗明珠，兼有城市供水、工农业用水、旅游、航运、水产养殖、气候调节、地下水源补给等功能，在昆明市的国民经济和社会发展中起着极其重要的作用，从上世纪90年代至今，滇池流域人口从100多万人增长到约400万人，流域GDP约占昆明市GDP总量的80%，因此素有“滇池兴，则昆明兴”的说法。
2013 年上半年，滇池10 个国控点位均为劣Ⅴ类水质，草海和外海为重度污染，全湖平均为重度污染。主要污染指标为化学需氧量、总磷和高锰酸盐指数。营养状态评价表明，滇池草海、外海均为中度富营养状态。除面源污染外，各个污水厂的尾水对滇池污染物的“贡献”达到70%以上。
多元污染的城市
城市工业废水和生活污水排放量不断增加，污水处理率和达标排放率低，地表水和地下水污染严重，导致水源的不断被破坏，而传统净水工艺只能以增加投氯量达到消毒目的，由此增加了城市自来水中消毒副产物含量，目前已在自来水中检测出170多种消毒副产物，其中大部分是致癌物质，长期饮用必将对人体产生危害；此外，大部分城市的水净化厂工艺落后、缺乏深度供水净化能力，一旦水源受到污染，就被迫停产减产，无法保障城市供水的需求。加之供水管网老化、锈蚀等原因，自来水的二次污染问题也比较突出。
根据中国水资源质量年报，从2005到2010年，水利部对全国城市1817个集中式地下水供水水源地进行了调查，其中899个（49.48%）水源地存在水质安全问题，主要污染物有铁、锰、氨氮、氟化物、总硬度、硫酸盐、总溶解性固体、亚硝酸盐、硝酸盐、氯化物、高锰酸盐指数、pH、阴离子合成洗涤剂、挥发酚、汞、碘化物、硒、锌、镉、氰化物。
不断涌现的癌症村
我国是世界上化肥、农药使用量最大的国家，而利用率仅为30％~35％，流失的化肥、农药造成了水体和土壤污染；此外，伴随农民生活水平的提高，农村生活污染也在增多。中国大部分农村没有垃圾、污水处理设施，生活垃圾70％左右没经过无害化处理，生活污水绝大多数是随意排放，严重影响农村人居环境。
农业污染尤其是化肥、农药造成的水污染对癌症村形成影响很大；农村生活污染造成水体、土壤、空气污染，已经成为癌症村的形成原因之一。在中国农村大约3亿人口存在饮水不安全的问题，其中有许多人饮用高氟水、高砷水、苦咸水或微生物超标和多种污染物超标的水。据不完全统计，中国癌症村总数超过247个，涵盖中国大陆的27个省份。癌症村的病种，以肝癌发病率最高，其次为食道癌、肺癌、胃癌，体现出环境污染尤其是水污染对癌症的影响。
二、污水“达标”排放悖论
“中国城市污水处理事业将迎来以可持续发展为核心的全新时期，在相当长一段时期内，中国仍拥有世界上最大的污水处理市场。中国污水处理产业不能简单地局限于通常意义上的重点工程、示范工程，更应该将其看作是中国污水处理事业在当前机遇和挑战下面向未来的一次系统探索。”这是中国工程院院士、中国科学院生态环境研究中心研究员曲久辉不久前在接受记者采访时表达的观点。
经过30多年的高速发展，中国城市污水处理事业取得了巨大成就。但中国的污水处理事业依然形势严峻，由于从顶层设计到具体实践中可持续发展理念的缺位，导致了整个行业的短视、粗放、混乱，面对经济、社会对污水处理可持续发展的需求已经呈现出诸多矛盾。
不久前，河北沧县“红豆局长”在回应地下水变红的质疑时，称“红色的水不等于不达标的水”。虽然这个最终被免职的环保局长说法看似荒谬，但其言论背后却有一个尴尬的现实：尽管近年来各级政府投入了巨大财力进行水环境治理，却因为中国水污染物排放标准中一些主要污染物的排放限值远比地表水环境质量标准宽松，导致“达标”排放污水，水体水质不断恶化。
解读排放标准秘密
2002年国家质检总局颁布了《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》，将城镇污水厂排放水质分为三级标准，其中一级标准分为A标准和B标准，该标准要求城镇污水处理厂出水作为回用水的标准为一级A（其 COD排放限值为50 mg/L），该标准与国家环保总局2002年颁布的《中国人民共和国地表水环境质量标准》进行对比，“一级A标准”相当于地表水体系中的劣Ⅴ类。
2002~2012年，是中国城镇污水处理设施建设高速发展期，截至2013年，我国建成的城市污水处理厂共3501座，污水处理能力约1.47亿m3/d。然而，正是由于排放标准过低，大量经过污水处理厂处理后的一级A标准或一级B标准污水均为劣Ⅴ类水，仍是实实在在的污水，这种水质排放到几无自净能力的环境中，导致水体不但没有得到修复，反而遭到了污染，于是就出现了“越治越脏”。
只有将城镇污水排放标准提高到地表水Ⅳ类以上，使水污染物排放标准和水环境质量标准逐步接轨，朝着这样的方向去治污才可能根治环境污染。
三、创新治污理念
中国水污染虽然经过多年治理，但问题依然非常严峻，水污染物排放总量仍然高居不下，远远超过了目前的环境容量。这固然与水污染治理资金投入比例偏低，法规与标准体系尚待完善，财政补贴的不到位，监管不力等因素有关，但更重要的是污水治理理念和思路的不清晰造成的。
城市污水——城市“新水源”
城市用水量与污水排放量存在相关性，随着我国城镇建设步伐的加快，用水量的增加，污水排放量也会增加。因此，以城市污水作为“水源”，不仅可以提高水资源重复利用率，增加水资源，而且不存在自然水源的分布不均问题。污水再生利用是解决中国水资源短缺和水环境污染的重要途径。
城市污水可以就地集中处理和输送利用，避免跨地区远距离调水存在的供水成本高、沿途受污染风险大等缺点。同时处理后的水将经过再次循环利用，减少了水体中的污水排放量，有统计显示国际先进水平水循环利用次数可达到9次，中国目前仅有1.3次左右，污水再生利用率只有5%左右，跟国际水平相比有很大差距和巨大空间。
在中国水资源总体匮乏的大背景下，调水只能在短期内改变水资源的分布，并不能增加水资源，因此不能从根本上解决缺水的宏观问题。以滇池为例，目前，昆明市主城污水日处理能力达到125.5万m3，加上环湖截污工程10座环湖污水处理厂每日55.5万m3的处理能力，昆明市污水处理能力达到每天181万m3。这些排入滇池的污水厂退水，总量达到每年6亿m3，是滇池的主要补水水源。如将这部分尾水处理达到地表Ⅳ类，成为高品质再生水，将能大幅削减滇池入湖污染物排放量，加速滇池的水生态环境的恢复，使15亿m3容积的“污水池”早日转变为清洁水源地。
“绿色再生水”系统工程
2013年9月6日，国务院发布《关于加强城市基础设施建设的意见（国发〔2013〕36号）》，其中特别提到要“加快城市污水处理设施建设。以设施建设和运行保障为主线，加快形成‘厂网并举、泥水并重、再生利用’的建设格局。优先升级改造落后设施，确保城市污水处理厂出水达到国家新的环保排放要求或地表水Ⅳ类标准。”
根据国家加快推进生态文明建设改革方案，北京市率先启动了高标准再生水回用工程项目，以促进北京解决水污染及水资源短缺问题。北京市环保局和北京市质量技术监督局联合颁布了《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB11/890-2012）（地方标准），并于2012年7月1日起正式实施，其中要求排入北京市Ⅱ、Ⅲ类水体的城镇污水处理厂执行A标准，相当于地表Ⅲ类水标准，排入Ⅳ、Ⅴ类水体的城镇污水处理厂执行B标准（相当于地表Ⅳ类水）。
如果污水处理过程的资源回收引起足够的重视，城市污水将变废为宝，成为资源。首先水资源循环利用将解决中国“水脏”和“水少”的资源战略问题；其次，污水处理过程还可实现有机质及磷等资源的循环利用。在污水处理厂这些新的需求下，相关污水处理技术也将面临新变革。
将现有污水排放标准提高到地表水Ⅳ类以上，所有排入自然水体的水将成为全新的水资源，使传统污水处理厂在水环境敏感地区不仅是水污染控制的设施，同时也是水环境保护设施和新水源的生产设施。对污水处理厂重新定位和重新认识，将会推动污水处理厂成为真正意义上的“绿色再生水厂”。
四、技术突破与模式创新
实施污水再生利用需要依靠技术进步，其核心还是技术的突破。污水深度和超深度处理技术，成为实现这一目标的核心因素。全球范围来说，以膜技术为核心的污水处理工艺，已经成为解决污水深度处理的金钥匙。
但是因为中国的水污染情况更为复杂，污染现状更加严峻，国际上以膜为核心技术的整体解决方案来到中国就存在“水土不服”，同时价格成本过高，也让人望而却步。只有国人完全掌握了膜核心技术，才是掌握了中国未来污水处理的主动权。
经过多年的研发和努力，中国已经拥有了完全自主知识产权的膜生物反应器（MBR）技术，它采用集成式、集约化设计理念，具有强化脱氮除磷效果，减排效果远超传统工艺；MBR工艺的污泥产量更少, 可从源头减少污泥的产生量，降低污泥处置的费用，减少二次污染；整个建设可实现从进水到出水的全程自动控制，维护简单，有效减少人力成本。以MBR为核心的工艺处理，配合超低压反渗透（DF）技术，其出水水质可达到地表Ⅲ类水，这是传统工艺难以实现的。
综上，污水再生利用是一条适合中国国情和水情的道路，其实质是应用膜技术提高污水处理效率，将污水转变为高质量的再生水，恢复其水资源功能，从而同时解决水污染和水资源紧缺的双重问题。
膜技术带来奇迹：劣Ⅴ类水“再生”为Ⅳ类水，污水处理成本每吨仅增加一毛钱。
使用MBR工艺技术进行污水处理，仅比传统工艺技术增加7%，不足0.1元的成本，然而它可以在实现Ⅳ类高品质再生水的同时，减少COD、氨氮的环境负荷超过40%；如果进一步应用超低压反渗透技术，出水水质达到地表水Ⅲ类，实现污水变成新水源，可进一步提高COD、氨氮等主要污染物的减排。以北京市清河再生水厂二期为例，该水厂应用MBR工艺技术，处理规模达到15万m3/d，投资额为4亿元，与出水达到国家一级A标准的传统工艺投资额基本相当，而一天的运行成本仅比传统工艺增加1.5万元，平均吨水增加成本0.1元。其他采用MBR工艺技术的污水处理厂亦是如此。若按此推算，截至2013年9月底，我国每天污水处理能力约1.47亿m3/d，若全部采用MBR技术处理为地表水Ⅳ类，仅比传统工艺多投入1470万元，全年大约需54亿左右就可实现全国污水处理后水质由劣Ⅴ类到Ⅳ类的转变，在修复生态环境的同时为高品质再生水体提供新水源。
温榆河是北京的母亲河，这条河全长64 km，水量丰富，但长期以来污染严重，主要是生活污水排入所致。2007年，北京完成了引温济潮奥运配套工程，处理规模10万m3/d，出水水质为地表水Ⅲ类（TN除外），极大改善了奥运场馆周边生态环境，有利于潮白河地下水的回补及生态走廊功能的恢复，促进北京市水资源优化配置、综合调度。
随着北京污水排放标准的提高，温榆河水质有了明显改善，2008年7月3日，北京奥运新闻中心举行“绿色奥运工作进展情况”新闻发布会，北京市水务局、首都绿化委员会办公室、市环保局等相关单位的负责人出席发布会，并在回答记者提问时指出温榆河的水质已经由劣V类达到了Ⅳ类。
以北京为例，完全建成后的膜法水处理工艺技术每年为北京处理污水量达到10亿m3，每年为北京多减排COD 约3万吨，NH3-N约4015吨。
投资创新：鼓励民间投资
污水处理行业由于其投资规模大，投资回收期长等特点，长期以来，污水处理行业仍以国有企业为主体，经营机制较为固化。而民营企业已成为国家创新主体，拥有无穷的活力，积极鼓励民间投资，可将民营企业引入到污水处理行业，为污水处理行业带来技术创新，形成竞争，能够激发国有及各种经营主体的活力。
经济的发展与环境资源的矛盾日趋尖锐，在城市污水处理中存在着投资不足、效率低下、监督不力等问题。尽管中国环保投资的主体是各级政府，但在当前巨大的环保投资压力下，仅靠政府财政资金投入难以实现我国的水环境保护目标。当前，我国的环境保护产业市场正处于上升期，积极利用市场机制，通过合理的政策引导，鼓励社会资本参与环保投资，尤其是环境基础设施等投资额较大、资金沉淀性强、市场机制能够发挥作用的行业，逐渐形成多元化的投入格局，不仅有利于我国环境保护目标的实现，也能够推动中国环保产业的发展。
公私合营（PPP）管理模式的特点及所具有的融资性、高效性和低风险性特征决定了广泛地适用于诸如城市污水处理等提供非纯公共物品或服务的项目领域。PPP管理模式有多种形式，需要根据污水处理厂的不同形态来选择不同的PPP管理形式，并采取多种积极措施，使PPP模式在将来成为污水处理设施建设中的一种重要的经营管理模式。
五、结论
水是生命之源，是维系人类乃至整个生态系统生存发展的重要自然资源；水是经济资源，是工业、农业、服务业等经济产业不可或缺的重要物质基础；水是战略资源，水安全是整个国家安全体系中的重要一环；水是民生问题，它影响百姓的生命安全，影响国家的安定，因此水问题也是国家层面的政治问题。
“让污水成为‘新水源’，缓解中国水危机”是一个全新的理念，是一次富有前瞻性和战略性的尝试，是实现“中国梦”的探索创新。城市污水处理厂已经不仅仅是污水处理行业或环保行业的事情，它和人们生产、生活的关联日益紧密。城市污水处理厂从实现污染物削减的基本功能转变为城市的水源工厂，进而再发展为与社区全方位融合、互利共生的城市基础设施，这是一个系统工程。突破现有体制、机制的束缚，提高排放标准、加强新技术的产业化应用，建立公平透明的市场机制，并对城市发展进行统一规划，以实现真正意义上的可持续发展。
（作者系水安全国策专家委员会顾问/北京碧水源科技股份有限公司董事长)
