解决溢流污染，应该学学《火星救援》
时间：2022-06-20 09:13
来源：绿谷工作室
作者：绿茵陈
环境问题的解决很难说终点在哪里。污水处理率眼看着已经到90%了，黑臭水体、流域水环境问题却依然存在；点上的问题处理得差不多了，城市面源污染的问题又成了人们关心的话题。合流制溢流给污水处理厂、给城市管理者、给普通人的生活都来很大麻烦。本文参考电影《火星救援》里的工程思维（工程师思维），探讨这个棘手的环境问题。
目录
解决溢流污染，应该学学《火星救援》
溢流污染治理的结构、约束和取舍
不容置疑的使命
用科学干出生天
系统论+还原论
用好溢流污染治理的“胶带纸”
验证、测试、调整
环境问题的解决很难说终点在哪里。污水处理率眼看着已经到90%了，黑臭水体、流域水环境问题却依然存在；点上的问题处理得差不多了，城市面源污染的问题又成了人们关心的话题。
尤其是快到雨季、汛期的时候，许多水领域的专家常常脱口而出：合流制、分流制、雨水溢流污染、CSO等名词。
CSO是Combined Sewer Overflow的简写，翻译过来就是合流制排水系统溢流，用英文字母缩写表示，不仅简洁，而且看上去有点东西。毕竟，在环境人的印象里，能用英文字母表示的都是时髦概念。
确实以前人们都叫它合流制溢流，近几年来可能为了简洁，叫CSO的人也多了起来。不管叫什么，实质是不变的，它就是一种让人头疼的城市季节病，给污水处理厂、给城市管理者、给普通人的生活都来很大麻烦。
生态环境部也是未雨绸缪，今年在冬季就印发了《关于开展汛期污染强度分析推动解决突出水环境问题的通知》，要求各地因地制宜开展汛期污染强度监测分析。
看了不少资料后，我觉得，也许可以参考电影《火星救援》里的工程思维（工程师思维），解决这个棘手的环境问题。一位教育专家说：工程思维就是永远以资源有限、条件不足为前提，去实现现实世界的目标。
溢流污染治理的结构、约束和取舍
随着管网建设和污水处理率的大幅度提高，水环境治理难题走到了“深水区”——污水溢流带来的非点源污染已成为水体污染的重要因素。
溢流污水悬浮颗粒物浓度较高、浊度大、组分复杂，雨季溢流造成的污染负荷所占比例会在短时段内成倍升高。在我国，“暴雨过后变黑臭”的现象普遍存在。
一场暴雨后，清澈的小河变成了臭水沟
用生态环境部总工程师、水生态环境司司长张波的话说，就是：“一些地方雨水管网旱季‘藏污纳垢’，雨季‘零存整取’，一些地方城乡结合部存在垃圾随意倾倒现象，这就导致汛期污染比较严重。” 他说：黑臭水体治理有三个短板，其中之一就是“初期雨水污染严重”。
溢流污染的治理并非易事。由于涉及基础设施改造、排水体系管控、城市规划、产业导向等诸多方面，治理思路的确定，牵一发而动全身。
囿于要统筹考虑现有排水体制、财承空间、政策标准及产业成熟度，目前，国内对于溢流污染治理尚未形成具体思路及明确共识。
本科普文建议溢流污染治理参考《火星救援》，我们先看看工程师思维的属性。
《转向：用工程师思维解决商业难题》这本书里，说工程师思维有三个基本特征：首先是在没有结构的情况下“预见”结构的能力。
作者认为，我们的世界依赖于结构。无论是无中生有，还是在已有的结构上类比、优化、模仿，预见结构都不是一件容易的事情。
溢流污染的解决其实也没有现成的结构，无论是利用现有污水处理厂的处理能力，还是建设调蓄池、CSO快速处理设施，或者搞绿色基础设施，大建海绵城市，都需要“预见”处理结构。
工程师思维的第二个基本特征是：在约束条件下进行设计。
因为工程学的目的和意义，是解决现实生活中的某些实际问题，所以必然受到“约束”。这里的约束，首先是科学规律的约束。还有时间约束，财力约束，拥有资源的约束，竞争的约束，人类行为的约束，等等。
溢流污染的解决，自然也受到种种“约束”，甚至时时让人感到无力、无解。
比如国内环保督察认为，昆明的分散式CSO控制设施排放不能达到污水处理厂排放标准，只要不符合标准，就会被督察，但套用污水处理厂排放标准又不合理，那就需要单独的CSO标准或者雨水标准的制定。雨水标准的制定并没有时间点，但溢流污染治理达标确是每年都要考量的事。
有专家感叹：分散式处理不认可，污水处理厂内又不具备超量混合污水的处理能力，还要断面考核达标，这是“死结”啊。
这就关乎工程师思维的第三个特征，“取舍”，即经过深思熟虑后对解决方案和备选方案做出决断的能力。
资源和时间都是有限的，必须根据重点进行分配，要将弱目标从强目标中分离出来。在约束条件下，我们要学会取舍，以及进行“灰度认知+黑白决策”。取舍是一场可行性、可能性、期望与限制之间的拔河比赛。
污染物终归要有处理路径，CSO必须要治理，这就是强目标。现在考虑的无非是分散式就地处理，还是污水厂内集中的问题。目前是在技术储备期，这起码比十多年前刚提出合流制、分流制之争时，前进了好几步。
对于产业界来说，艰难的是，如何在已知条件不足的灰度状况下做决策，就需要计算梦想和现实的距离，商业上的投入产出比。
接下来，我们就看看如何参考《火星救援》，运用工程思维，解决溢流污染难题。
不容置疑的使命
《火星救援》的故事：2035年，在一次探险任务中，宇航员兼植物学家马克·瓦特尼不幸被遗留在火星。他的食物只够吃309个火星日，而下一班“星际公交车”要4年后才会到。
马克·瓦特尼打算活下来，而全人类也展开了一场太空救援。为什么一大堆人愿意付出这么大的代价来救一个宇航员？
他们这么做的真正原因是：每个人都有一种本能，那就是把同伴救出来，有时候可能看上去不太像，但事实确实如此。远足的人在深山里迷路了，人们会发动搜救。火车出了事故，人们会排成长队献血。地震毁了一座城市，全世界的人都会捐出紧急物资。这种本能扎根于人类社会，每一种文化都不例外。
“工程思维”应该是务实的，落地的，为什么一开始就说什么虚头虚脑的“使命”呢？
原因是不管这个世界多么糟糕，人类的科技和人文都根植于美好的向往，以及对“存在”与“意义”的无止境的追求。有一个足够有意义的、无法被质疑的使命，是“工程思维”的守护神。
溢流污染治理是相关从业人员不容置疑的使命。假如对这种非点源污染听之任之，那这么多年来建设的污水处理厂、管道，多少人为之奋斗的事业，巨大的资金投入，其效果会大打折扣，一场雨下来，水体都变黑臭。
使命、愿景是一种伟大的粗线条算法，能够帮助我们找到目标，制定战略。就像圣雄甘地说的，找到你的目标，方法就会随之而来。
我们不如学一下《火星救援》里的朴素精神，使命和愿景可以是一些人类的基本情感和文化：任何时候，我们都不喜欢住在一个散发恶臭的水沟旁。当雨季来临，我们希望水环境依然是安全的、宜人的。
解决污染问题，这正是环保行业出现以来一直都在做的事情。
暴雨后的某污水处理厂
用科学干出生天
导演雷德利·斯科特亲自绘制了《火星救援》的剧本封面草图，内容是马特·达蒙扮演的主角在火星上说"I am gonna science the shit out of this planet"（我一定要用科学在这个星球干出生天）。
三个关键词：科学，干，生天，这就是“工程思维”的内核。
《转向》这本书里提及，科学的核心是发现，工程的本质是实现。
《火星救援》的主角当时计划种土豆来养活自己，但是没水。
回到问题的最源头，水是由什么构成的？氢和氧。
所以需要氢和氧。火星大气含有95%的二氧化碳，而基地正好有一台“氧合机”，用于从二氧化碳中分解出氧气。剩下就是氢了。
聪明的男主角突然想起来，登陆火星时省下的预备燃料：联氨（N₂H₄），联氨里面有氢原子！
接下来，通过铱催化剂，将联氨转化成氮气和氢气。再接下来，用氢气和氧气发生反应，就得到了水。
当然，光知道分子结构和反应公式还不够，要知道联氨可是个危险玩意儿，所以必须极其缓慢地释放联氨，还要想办法将氢气引导到一个小区域内，烧掉它们。这些部分，就是“工程”方面的考验了。
溢流污染治理当然也需要科学，清华大学环境学院王凯军教授说：我们可以想象，如果环保部门提出提高断面水质的要求，政府和专家可能会采取什么措施——地方政府可能会搞沿河大截排，搞污水调蓄和搞深隧的方案；专家已经提出要搞雨污分流和广泛推动采用海绵城市的方式；有些专家也会根据国外大多数合流制污水雨季是旱季处理规模2~4倍方式，引经据典讲欧美和日本的经验就是如此，采用一级或一级强化处理解决溢流污染问题等等。
显然，各种方式方案和技术应用场景是需要进行系统规划研究和顶层设计的，国外采用的方法和技术最基本的考虑是靠污水处理厂，额外考虑河流生态环境容量，这是与我国国情差别最大的一条，因为我国河流已经没有足够的环境容量，这也是我们各级地方政府不得已采用准IV类标准的原因。
总结下来，针对溢流污染主要有以下几种解决技术途径：一是建立雨污分流系统，加强初期雨水或雨水处理；二是大力推进海绵城市建设，解决溢流和溢流污染问题；三是合流制集中处理处理厂处理溢流问题；四是创新性的实施路径和顶层设计。
这些认识都是基于科学道理的，问题就在于怎么取舍，怎么干。
有句扯淡的台词风靡一时：懂了很多道理，依然过不好这一生。姑且不论你懂的很多是山寨道理，即使你懂的是真道理，和“过好这一生”也没有因果关系。
区别在哪儿呢？认识世界和触碰世界是完全不一样的概念。
就像在《火星救援》里，即使你懂得水的分子结构，即使你知道在哪里找到原料，你还是可能在造水的过程中被联氨炸死。
“干”，是工程思维的精髓。所谓工程思维，就是会干+肯干。
从国家层面现在实施的措施，仍然以雨污分流改造为主要解决手段，这些年国家现存的十多万公里的雨污合流管道一直没有多大变化，是因为这些设施基本都在城市中心，很难改动。
在这种情况下，合流制溢流污染如何解决是绕不过去的坎，如果强势进行分流改造，有投资力度问题，也会有一个时间问题，需要多少时间？
那么，能否通过海绵城市建设方式解决上述问题？国家前期示范30个海绵城市，平均每平方公里投资1~2个亿，全国海绵城市要达到40%建成区将是一个海量投资。
国际上是在排水体制基本解决80%的溢流问题之后，来搞绿色基础设施建设，我国排水体制还没有解决基本问题，仅仅用海绵城市来减少75%到80%的溢流，这是不现实的。
王凯军教授说，在关注溢流污染的同时，其实还有一个问题被长期忽视了，那就是污水厂的进水浓度问题，通过对36个重点城市污水处理量、COD削减量及COD遗失率对比发现，36个重点城市中，22个城市COD漏失损率达到50%以上。
我国建成近五千座城镇污水处理厂，污水处理能力1.93亿立方米/日，形成近万亿元的固定资产。根据国外经验完全合流制系统通过增加污水厂调蓄能力、采用一级强化处理等措施投资，与分流制改造投资需求，两者的投资的数量级大约是1：5～1：10。
一个中等城市海绵城市是百亿级投资，分流制改造是十亿级投资，而合流制末端改造投入是亿级的投资，对比发现，这三种投资序列最优的是合流制溢流末端处理方案。
系统论+还原论
工程思维的核心之一就是系统思维。《转向》一书写到：一个系统因其各个模块之间的关系而成为一个整体。这样的整体是不能通过单独分析各组成部分就能理解的。
《转向》说，模块化系统思维的一种特殊技巧是解构(把一个较大的系统打散成一个个模块)和重构(把这些模块重新组合起来)的功能性组合。
真正的工程思维，既要解构，也要重构。
王凯军老师认为，分析我国整个污水处理系统现状，面对城市接近100%的污水处理能力和国内严峻的溢流污染情况，分析污水处理普遍存在能力冗余（低COD）的国情，国内的解决思路应该不同于欧美国家一级或一级强化处理的思路，而是应该充分利用已建成的城市污水基础设施。
这样污水处理厂进水浓度低反而是一个优势，从简单的污水处理设计原理可知，如果浓度降低了一倍，就意味着流量可以提高一倍。我们可以把坏事变成好事来解决溢流污染问题。
这时限制因素成为沉淀池，二沉池的能力提高成为主要矛盾的主要方面，问题是如何通过加速沉淀助力污水处理厂三倍流量运行。
现状，产业界已经研发了一种纳米絮凝剂，加入后，5分钟就能达到不加药时污泥沉降30分钟的效果。所以，可以通过加药促进沉降，突破二沉池泥水分离瓶颈，就可以实现污水处理厂二级生化处理单元短期超负荷3倍运行。
无疑，污水处理厂三倍流量运行方式需要解决沉淀池限制问题，在沉淀上解决问题不仅仅只有加药一种方法，如果把问题留给企业，会有很多技术和方法来解决这个问题。
用好溢流污染治理的“胶带纸”
回到电影《火星救援》。男主角打算种土豆的时候，还没想明白怎么样弄到足够的水，算来算去都觉得不靠谱。那该怎么办呢？
他受够了不停地推算，与其颠来倒去地琢磨怎么弄到那250升水，还不如干点实际的，“就算它们现在既干燥又没用，我还是得想办法把这么一大坨土弄进栖息舱。”
我们可以从中学习的是：不要因为一个无解的问题而耽搁另外一个有解的问题；先做能做的，别为缺失的板块烦恼。
别被看起来很严重的东西吓到，随时操起你手上有的家伙。
《火星救援》里两次救下主角性命的东西，是“胶带纸”。随手能用的东西，比虽然很厉害但不顺手或远水不解近渴的东西好100倍。
对于拥有“工程思维”的人来说，有效并且高效地解决问题排在首位，该用胶带纸的时候就用胶带纸。
解决溢流污染，还没有财力在每个城市建设绿色基础设施，没法同步海绵城市，那就使用污水处理厂的冗余来处理雨水，把已经建成的污水处理厂都用上啊，如果有不足，就想办法给它打补丁，贴胶带纸。
产业界已经做好了技术储备。
清华大学环境学院研发、北京博泰至淳生物科技有限公司联合清华大学产学研合作生产的NFSSS纳米絮凝剂，能够解决污水处理厂沉淀池限制，有效实现污泥快速沉降，为解决雨季溢流污染、原位提高处理规模提供了一种颠覆性的解决方案。
应用场景
尚川水务开发的污水预处理固液秒分离技术产品SSgo能够强化预处理，解放生产力，在雨季进行溢流污染控制，在旱季强化预处理。
应用场景
中持则将温华环境收入麾下。有着20年国际水务经验的温华环境创始人华英豪于2016年就带领团队研发了一体化多效澄清系统，通过模块化设计、工业化生产、标准化服务，可满足十几个场景模式下的供水、污水的应用需求。中持与温华环境的协同合作有效解决了溢流排放下的增量水高效处理难题。
应用场景
用模块化思维，别去重复发明轮子。
在《火星救援》里，男主角想要活命，必须和地球取得通信联络，但是他没办法重新发明一个宇宙移动电话，所以他想到了一个现成的“模块”：“火星探路者”探测器。
然后，他利用这个探测器（以及与地球上的聪明人之间的默契），与地球重新建立了联系。
验证、测试、调整
让我们回到火星。
即使《火星救援》的男主角在第63个火星日还没有找到活路，甚至还没有和地球取得联络，他依然用倒推的方式来想：在最好的情况下，我应该做什么？
当然是赶往下一班（四年之后）星际公交车站：阿瑞斯4的站点。有多远？3200公里。（北京到深圳的飞行距离是1800公里）
有车吗？一辆充满电只能跑35公里的太空漫游车。
男主角一通神勇操作略过不表，关键是这个过程中体现出来的“工程思维”：
改造：增加了蓄电池，装上了太阳能电池板，解决了取暖问题......
测试：在自己的栖息地附近测试一块电池跑的距离，过程中验证了自己的预测，同时也发现了取暖的遗留问题......
调整：不断增加测试强度，增加漫游里程，测试生命维持系统，确定充电时间，不断自我迭代......
1.0版：先去800公里外去找探路者号......
2.0版：穿越火星地表3200公里，逃出生天......
溢流污染治理也一样，除了用好现有污水处理厂的冗余外，也有其他切实可行的探索路径，一切都要根据实际情况。
比如武汉市，雨水径流污染已成为影响该市水环境的重要因素，具体表现为合流制区域的雨季溢流污染和分流制区域的初期雨水污染。
武汉市水务局积极开展初期雨水和溢流污染治理研究工作。目前，全市已建成的初雨处理设施共有20个，其中初雨厂2座，调蓄池18个，为削减初雨污染发挥了工程效益。正在建设的初雨调蓄池还有4个。
武汉市黄孝河、机场河水环境综合治理二期PPP项目，除了有地下污水处理厂，还将建亚洲最大的CSO调蓄及强化处理设施群
随着水环境治理的不断深入，武汉市水体治理思路也在逐步向“流域治理、水岸同治”转变。打造了几个雨污水协同处理样板工程，包括南湖“调蓄池+龙王嘴处理厂+南湖初雨厂”，黄孝河“CSO调蓄池+处理设施+三金潭厂”，东沙片区“沙湖调蓄池+天鹅湖调蓄池+二郎庙污水处理厂”等。
简单来说，你应该快速造一个能用的东西，而不是追求一个极其完美的产品。
因为人类总会犯错。
即使是追求“极其完美”，也要在试错的过程中一步步实现。这也是我国的污水处理事业一步一步发展的路程，溢流污染治理也一样，你不可能坐等一个完美的计划。
参考资料：
1、水进展[专家分享圈]专家讨论
2、王凯军：后黑臭河道时代水环境问题的系统思考
3、武汉市水务局对市十四届人大六次会议第20210190号建议的答复
4、E20环境产业圈层会员信息
