王凯军： 探索未来新水务 中国亟待破局
2023年3月3日，北控水务邀请院士、行业主管领导、国家智库专家、勘察设计大师及行业知名专家近20位，就水务行业未来发展方向、水务行业科技创新、行业领军企业发展战略等议题，举办座谈会。清华大学环境学院研究员王凯军受邀参加座谈并发表观点。现转载发言内容与读者分享。
探索未来对组织和国家非常重要
上世纪60 年代，毛主席委托了陈毅组织四个老元帅组成研讨小组研究国际形势。背景是毛泽东认定美苏争霸，苏联处于进攻态势，已成为战争的主要策源地；另一方面美国对越南侵略导致中国南部受到了巨大的影响，让中国面临的国际形势变得愈发严峻。中国到底怎么做？陈毅得出“在中、美、苏三大力量的斗争中，美对中苏，苏对中美，都要加以运用，谋取它们最大的战略利益”。这个预判影响了中国大概50 年，直到2012 年还是这样的基本格局和思路，到最近几年“一带一路”开启以后形势才稍有变化。可见，战略前瞻性研究对于国家和组织都是非常重要的。
世界各国对水务发展的探索
水务的发展很多国家都在探索，比如美国的三个机构， 国家清洁水机构联合会、水环境研究基金会和水环境联合会，当时提出行业旧的体制机制已经限制了行业的发展。2015 年这个行业打分是D，这表示行业没有太大希望，没有活力。在争取联邦政府和地方政府的拨款上，会处于非常弱势的地位，人才也不会往这个行业上流动。国家清洁水机构联合会、水环境研究基金会和水环境联合会这几个协会联合向国会呼吁要进行改革，其中最重要的改革就是把公共的污水处理厂变成水资源的利用，改称未来水资源利用厂，把污水厂融入社区的经济发展之中。
国际上的知名学者提出，直接进入生态文明带给中国一个千载难逢的伟大机会，这个机会是中国领导世界独有的机会，而中国应该抓住。
欧洲1991 年提出将欧盟转变为一个公平和繁荣的社会，拥有一个资源高效型和具有竞争力的经济，而没有温室气体净排放，这个框架下提出循环经济。荷兰在这个框架下提出了2050 年循环计划，其中，地方水务公司提出建一个新的污水处理厂，回收率达到75%，新型污染物要消除80%，污泥产量化学用品减少90%。而且已经立项了， 基本一个全物化的工艺，要领先世界的水平10 年到20 年， 这是对荷兰政府面向2050 年循环经济计划响应。
从国际来看，2015 年9 月25 日联合国可持续发展峰会在峰会上正式通过17 个可持续发展目标，跟水密切相关的应该是9 个目标，在可持续里面环境是最有影响力的，还有土地、氮、磷、水是一个可循环的资源，也是能源上最关心的核心问题。
中国水务技术整体落后十年
在能源自给领域，奥地利的Strass 水厂已能够实现能源自给。
在资源回收领域，欧洲英、法、德在磷回收方面纷纷推出各自磷回收政策和计划，已开始付诸实施。其中，苏格兰的“零废物”计划、法国“磷回收网络系统”、德国“污泥条例改革修正案”等将助推各自磷回收技术实施。北欧各国在磷回收行动方面并不甘示弱，奥地利于近期制定了2030 年污水处理剩余污泥焚烧灰分至少回收80% 磷的条例并通知欧盟。
在新型污染物领域，欧洲各国已完成技术储备开始进入实施阶段。瑞士已经实施立法，十一种药物和一种生物杀虫剂有明确的处理要求。
从碳中和领域来看，荷兰的三个中心说得比较多，新加坡提出2030 年达到能源自给。英国对水务到2030 年达到碳中和，明确提出了一系列的要求。相对来讲，我国水务行业只有北排提出3060 白皮书。
从这一系列事关发展的重大问题方面来说，我国落后了，为什么说落后十年？从技术来说，中国的研究部门，大学、研究院要进行研究，研究立题要有时间，研究完了要做示范，示范要建立一个厂，从建设到最后验收，这个过程起码需要五年，五年以后要推广，然后上升到标准和政府推荐的水平，没有十年是很难完成的。这样看，新的趋势和方向中国确实是落后的。
中国水务行业破局之路
我国在水利用上和工业水利用上并不落后，石化行业达到70%-80% 的回用率，电力行业达到了零排放，包括提出“水岛”概念都是很先进的。另外还有地下水厂发展的趋势，如果继续延伸实践，节省占地对于中国这样一个人口密集的国度是一个很好的切入点，解决方法主要是变横向设计为竖向设计，比如地下污水厂、地上多层污水厂的构建；通过节地与都市农业的打造相结合；同时要结合工艺的极限应用，工艺综合发展，不能简单线性叠加，如好氧颗粒污泥技术是一个多功能集合创新的很好的例子。
从生态发展角度来看，应打造城市生态综合体，将污水处理与提供生态景观、休闲娱乐、科普教育、科技研发、湿地绿化等公共服务有机融合，地上地下统筹规划，改善周边环境质量，实现污水处理厂建设由生态“负资产”向“正资产” 的转变。这可能使中国能够领先于国际。另外要改变现有的评价标准，不是单一碳排放来评价，而是以生态指标来评价。因为这包含有三个要素，人与人、人与社会、人与自然，我们要改变成这样的评价方式。
国际上的知名学者提出，直接进入生态文明带给中国一个千载难逢的伟大机会，这个机会是中国领导世界独有的机会，而中国应该抓住。
国际上十几年来一直倡导用厌氧的方法实现碳中和， 像英国、瑞典要在2060 年通过沼气的方式达到百分之百的能源自给，而中国到现在不足5% 的污水处理厂采用厌氧技术。所以我国不光要建立自己的工厂，还要建立自己的理论体系，探讨是否有别的途径实现碳中和。
第一个可能的途径是氮的回收，在减排的潜力上要大于碳。如果50 毫克/ 升的氮要回收的话，它的减排是0.5 度电，100 年前哈伯发明了合成氨工艺，这是一个非常耗能的工艺。所以今后在污水处理方向上一个可能的途径就是回收氮。
第二是再生水的利用也可能突破，其中一个突破是管道问题。前几年太原的一个局长提出了供暖管道解决水回用的问题，还做了标准。这给出了一个真正解决再生水的问题的思路，就是真正进入到社区，这是一个方向。
第三是热泵的问题。根据温度和回用次数的设定， 在北方一万吨的水能供暖10 万平米的面积，或者15 万平米的面积。建筑节能是社会节能的大头，不光能节能还能制冷。荷兰现在有一个工厂已经用水源热泵承担夏天冷库的制冷，用自来水制冷，这也是碳减排的路径。
这些新的思路提供了更多的可能性。这些方式里同样看到了未来传统水务行业的一种可能性，即水务行业深入融入城市有机更新并成为公用事业中的主导性行业。
来源：未来新水务公众号
王凯军：存量时代水务创新发展路线图
近日，由环境商会主办的2024专精特新环境企业发展大会在北京举行。会上，清华大学环境学院教授王凯军发表《存量时代水务创新发展路线图》主题演讲。
王凯军 清华大学环境学院教授
一、大时代下面临多重压力
一是中国基建产业大量过剩，公共基础设施已经基本建设完成，产生严重的产业和人员过剩。二是水固气等环境大建设时期已经结束。三是央企纷纷入局环保行业。四是国内外经济走入下行期。2018年开始，环保行业接连受挫。政府支付能力也在变差。水务企业利润率低而且应收账款账期延长，而美国水业应收账款周转率非常快，53~58天。
总的来说，当前的环保行业缺乏必要保护，水务行业门槛低，行业没有好的的顶层设计，也缺乏企业家精神和企业家。
二、存量时代
当前已经进入存量时代。存量时代跟建设时代考虑的问题不一样，存量时代要考虑服务问题。
1. 后BOT时代水务公司如何盈利
后BOT时代，服务模式主要是基本服务费，包括人员费用和管理工具的费用。人员费用是低端收入，真正来讲要靠软硬件来收取超额利润，这是水务企业需要考虑的一种商业模式。
马斯克在他的自传里提出一个概念——白痴指数，产品总的成本与原材料成本的比值。马斯克认为，如果一个产品白痴指数很高，可以通过更有效率的制造技术，大幅降低产品成本。
2. 存量时代盈利的机会
一是节能降耗-降本运行。100%负荷和100%成本下，如果节能降耗可以降低50%成本，就是增加了50%利润，这是第一个要考虑的方式。
二是原位倍增-增量运行。100%负荷是否可以增加至200%的负荷，这样的话就会增加100%利润。
这两条路径在我国这样一个历史时期是完全有可能的。近十年来的污水厂COD数据显示，污水浓度在持续走低，大部分地区是设计负荷的50%~60%，设计冗余按保证率设计，保险悉数接近2.0，有非常大的冗余。
三是资源全回收-增量运营。双碳目标下，污水厂要考虑能源回收、资源回收。
三、平台创新
3. 颠覆性创新途径--污水处理的平台技术
随着要求不断提高，污水厂功能增加，依靠工艺线性堆积，不能改变现有工艺基于以能源消灭能源、成本增加、系统稳定性降低的本质。这里提出一个新思路，存量时代，技术创新要以平台创新的方式来实现。
水务1.0是技术驱动，水务2.0是产品驱动，水务3.0要依靠场景驱动。当技术和产品日臻完善，围绕需求形成复杂系统时，场景驱动则将成为下一阶段创新的核心驱动力。
平台技术上一系列生态公司围绕新平台做工作，就会产生巨大的技术进步。在技术平台上持续创新具有长期的稳定性。比如活性污泥平台拥有100以上的历史。再比如IOS平台创造了许多伟大企业，已经迅速更新到了17代。
不同的平台依赖完全不同的创新技术，也产生不同的公司。只有新的平台才能彻底改变行业发展的技术途径。
比如国内探索的碳源浓缩以膜技术为代表，但不同于将膜过程置于工艺流程末端的常规工艺设计，膜浓缩过程置于污水处理全流程工艺的前端。浓缩过程去除了污水中大部分的COD和TP，留存在水中污染物仅以氨氮为主；在此基础上，后续可以探索嫁接新的技术，如离子交换、RO、厌氧氨氧化等，形成系列的颠覆性工艺技术。
近年，荷兰某地水委会通过了兴建新污水厂的提案，希望通过应用一系列的新技术新理念，建设一座在未来20-30年内保持领先的污水厂，指标目标是“将氮磷回收率提高75%，去除80%医药残留物，污泥产量和化学品用量减少90%”。这份提案展示的主要的技术理念创新，一是采用集成的技术和设备，二是践行上游碳源浓缩的理念。其主要工艺是，经过电絮凝和气浮，经一级纳滤后，进行离子交换，以实现水和资源的全回收。浓缩过程去除的COD和TP，大大降低了后续处理工艺的难度，也为诸多目标的实现带来便利。
四、模式创新
水务行业要外卷，向产业链上下游细分领域进军，向外扩张带动细分领域发展。
比如餐厨垃圾油脂回收，火炼油的碘值低，亚油酸价低， 混合会形成很好的互补性投资优势。而且投资回报率高，万吨产能设备投资2000万，产值达到1个亿，毛利润超过40%，比传统的污水处理厂高。
五、环境产业的理论突破与实践意义
环境产业的内涵是指节约能源资源、发展循环经济、保护环境提供技术基础和装备保障的产业，主要包括节能产业、资源循环利用产业和环保装备产业，涉及节能环保技术与装备、节能产品和服务等。
环境产业可以分成四大块，环境服务、环保产品生产，循环利用以及环境友好产品生产，其中环境友好产品生产占比要超过60%。
王凯军强调，未来环境产业的真正出路既要关注内涵，同时还要关注外延。而产业的生命力在于理论和实际外延的不断扩大，要在现有基础上不断扩大产业外延。
