王凱軍：從好氧顆粒污泥發(fā)展看科研的基因和終極目標(biāo)是什么？

編者按：為什么好氧顆粒污泥技術(shù)、厭氧氨氧化等幾項(xiàng)被譽(yù)為改變水處理技術(shù)格局的關(guān)鍵技術(shù)都源自荷蘭？為什么荷蘭人敢說(shuō)他們是用顆粒污泥處理污水的？為什么只有荷蘭成功將好氧顆粒污泥技術(shù)進(jìn)行了大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)推廣？

清華大學(xué)王凱軍教授在2019環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)高峰論壇上的發(fā)言給出了答案。他從科研導(dǎo)向和創(chuàng)新傳承兩個(gè)角度綜合思考這些問(wèn)題，系統(tǒng)回顧了水污染控制技術(shù)的線性發(fā)展歷程，并追溯了好氧顆粒污泥技術(shù)的發(fā)展與技術(shù)關(guān)鍵。通過(guò)獨(dú)特視角，帶領(lǐng)大家從好氧顆粒污泥看科研的基因，并指出只以文章為導(dǎo)向而不以工程需要為導(dǎo)向是一個(gè)科研誤區(qū)。

（本文根據(jù)其發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）

關(guān)于好氧顆粒污泥，我們?nèi)滩蛔∷伎迹簽槭裁次覀冊(cè)赟CI論文全球稱雄的同時(shí)，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展卻甚微？這個(gè)現(xiàn)象背后，則是更深刻的問(wèn)題：科研的目標(biāo)和終點(diǎn)在哪里？可能在工程上，可能在企業(yè)上，但肯定不在SCI上。

水污染控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

問(wèn)題導(dǎo)向的污水處理技術(shù)發(fā)展歷史

從污水處理技術(shù)的發(fā)展歷史看，1900年之前污水處理技術(shù)重點(diǎn)解決的是公共衛(wèi)生問(wèn)題；1914年活性污泥法誕生，主要為了解決引起河道黑臭的耗氧物質(zhì)(BOD和氨氮)問(wèn)題；上世紀(jì)90年代起，人們開始關(guān)注水體富養(yǎng)化問(wèn)題，從而進(jìn)行除磷脫氮工藝研究；接著到21世紀(jì)初的水資源短缺、微污染、微塑料問(wèn)題等等。隨著水污染問(wèn)題的不斷提出，污水處理技術(shù)流程也在不斷增加，使得系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，處理成本越來(lái)越高，系統(tǒng)的安全性自然隨之降低。

水處理技術(shù)的發(fā)展理念：工藝綜合性

與污水處理工藝糖葫蘆串式的線性發(fā)展模式不同，我們能否更加追求系統(tǒng)的綜合性？膜技術(shù)的出現(xiàn)，給出了這種可能性。它解決了過(guò)濾與沉淀一體化的問(wèn)題，使技術(shù)相對(duì)綜合，工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)化，主要靠膜的精細(xì)過(guò)濾和濃縮，MBR工藝具有反應(yīng)高效、出水水質(zhì)好，省掉二沉池，節(jié)省占地等優(yōu)點(diǎn)，污泥濃度可保持8-10g/L。

國(guó)外好氧顆粒污泥用的新型反應(yīng)器由于是顆粒污泥，其污泥量大于10g/L，污泥濃度甚至能達(dá)到15g/L，生物量大，可以同時(shí)解決有機(jī)物、氮、磷去除問(wèn)題，出水水質(zhì)良好。此外，系統(tǒng)高效，沉降速度快，省掉了二沉池，占地面積小，可與MBR相媲美。

好氧顆粒污泥的發(fā)展

事實(shí)上，2000年荷蘭就啟動(dòng)計(jì)劃研究新技術(shù)和高標(biāo)準(zhǔn)出水工藝，首選了MBR技術(shù)，也同時(shí)研究好氧顆粒污泥。當(dāng)時(shí)建設(shè)了四個(gè)MBR廠，最近這四個(gè)MBR廠因?yàn)楦鞣N原因都被關(guān)停了。有人說(shuō)關(guān)停了并不是因?yàn)镸BR技術(shù)不好，但無(wú)論怎樣，這個(gè)結(jié)果說(shuō)明了什么？說(shuō)明在這一輪的競(jìng)爭(zhēng)里，荷蘭好氧顆粒污泥技術(shù)取代了MBR這條技術(shù)路線。目前在荷蘭已有將近10個(gè)污水處理廠采用了好氧顆粒污泥工藝。好氧顆粒污泥工藝不得不說(shuō)是荷蘭工程界帶給世界的又一個(gè)驚喜。

顆粒污泥的發(fā)現(xiàn)與傳承

荷蘭人常說(shuō)他們是用顆粒污泥的方式處理污水，為什么這么說(shuō)？首先來(lái)追溯厭氧顆粒污泥的發(fā)現(xiàn)。1972年，Lettinga在處理甜菜廢水的6 m3/d的UASB中試裝置中發(fā)現(xiàn)了顆粒污泥。1975年，在 WUR 開始全面系統(tǒng)的研究污泥顆粒化現(xiàn)象。可以說(shuō)，在厭氧工業(yè)廢水上，他們最早發(fā)明和應(yīng)用了厭氧顆粒污泥技術(shù)，全世界高濃度工業(yè)廢水采用厭氧顆粒污泥的方式(UASB或EGSB)來(lái)進(jìn)行處理。荷蘭科學(xué)家不僅發(fā)現(xiàn)了著名的厭氧氨氧化現(xiàn)象，第一個(gè)生產(chǎn)性的厭氧氨氧化顆粒污泥裝置也是荷蘭人做出來(lái)的。荷蘭Paques公司在10多年在中國(guó)沈陽(yáng)的紅梅味精廠建成了全球最大的同步厭氧氨氧化裝置，反應(yīng)器池容11000m3，每天處理80噸NH4-N。荷蘭還有生物脫硫顆粒污泥技術(shù)。荷蘭是第一個(gè)也是世界上唯一一個(gè)對(duì)好氧顆粒污泥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化的國(guó)家。從厭氧顆粒污泥到厭氧氨氧化顆粒污泥再到好氧顆粒污泥，因此，荷蘭人有足夠的自信說(shuō)“荷蘭是用顆粒污泥的方式處理污水的”。為什么好氧顆粒污泥在荷蘭這么受歡迎呢？2013年我到荷蘭參觀現(xiàn)場(chǎng)，從在線儀表上看其處理后水質(zhì)非常好，總磷可達(dá)到0.09mg/L、總氮可達(dá)到7.9mg/L。據(jù)管理人員介紹這還是沒(méi)有加優(yōu)化的結(jié)果，優(yōu)化之后總氮、總磷效果會(huì)更好。文獻(xiàn)報(bào)道第一個(gè)三萬(wàn)噸規(guī)模的污水處理廠的數(shù)據(jù)顯示，冬季總氮小于8mg/L，夏季小于5mg/L，出水水質(zhì)非常好。2015年，在荷蘭鹿特丹建成了一個(gè)幾十萬(wàn)噸的污水廠，用傳統(tǒng)工藝達(dá)到非常好的出水水質(zhì)，然而該廠被荷蘭人認(rèn)為自建成之后就落后了。原因何在？因?yàn)椴捎煤醚躅w粒污泥技術(shù)以后，可節(jié)省土地70%，節(jié)省能耗30%。

全球好氧顆粒污泥文獻(xiàn)調(diào)研

事實(shí)上，好氧顆粒污泥并不是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)。從上世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)厭氧顆粒污泥后，就不斷有培養(yǎng)好氧顆粒污泥的嘗試和報(bào)道。我們通過(guò)調(diào)研全世界范圍內(nèi)與好氧顆粒污泥有關(guān)的研究后發(fā)現(xiàn)，從2000年至2019年近20年時(shí)間全球共發(fā)表與好氧顆粒污泥有關(guān)的文章3000多篇，其中中國(guó)就有1000多篇。假設(shè)平均一家研究機(jī)構(gòu)可發(fā)表10篇論文，則表示有300多家機(jī)構(gòu)在研究好氧顆粒污泥，其中中國(guó)則至少100家?？梢哉f(shuō)，中國(guó)關(guān)于好氧顆粒污泥技術(shù)的研究文章在世界上遙遙領(lǐng)先。這應(yīng)該是以SCI為導(dǎo)向的一個(gè)典型案例，大多數(shù)研究者為發(fā)論文而發(fā)論文。然而，目前國(guó)際上卻只有荷蘭Mark團(tuán)隊(duì)一家研究機(jī)構(gòu)取得了突破。這是值得我們認(rèn)真思考的一個(gè)問(wèn)題：為什么顆粒污泥均是由荷蘭人率先發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的？

編輯：趙凡