A3：科技智慧
（接上期）
过去的五十年，全球大型缺氧区的数量增加了十倍，目前已超过500个。美国超过50%的河流湖泊氮超标，且升高趋势明显，重点治理的缺氧区不缩反而有扩大的趋势。另外，不同于碳和磷，活性氮还存在氮级联（nitrogen cascade）效应，同一千克活性氮在循环过程中，可在改变生物地球化学循环、导致环境变化﹑影响人类健康以及生态系统稳定等多个维度串联产生负效应。简言之，同一千克活性氮可串联起水华﹑酸化﹑影响供水﹑产生温室气体等一系列问题。因此，氮问题大于碳磷问题，控氮重于控磷。美国开展了系统性控氮控磷区划，哪些地区一般性控氮或深度控氮﹑哪些地区一般性控磷或深度控磷﹑哪些地区需要氮磷双控，都在逐一明确，一些流域还提出了基于技术极限的脱氮除磷要求（LOT）。另外，美国在明确受纳水体指定用途的基础上开发出氮磷最大日负荷量(TMDL)，目前已经开发完成了6万个水体的氮磷TMDL，以此作为确定污水处理设施的排放浓度和排放总量并形成排污许可的依据。美国切萨皮克湾流域，污水处理厂出水磷占21%，雨污溢流占31%；处理厂出水氮占11%，雨污溢流占25%，因此，污水处理作为氮磷通量的重要组成部分，基于环境的标准限值会逐步加严，经济发达地区会严于欠发达地区。我国GB18918-2002一级A标准要求TN≤15mg/L﹑TP≤0.5mg/L，这是无机营养物的基本排放限值，一些流域或地方标准提出了更严格的限值。怎么确定合理的排放限值？基于环境的限值一定是要求严格，但标准过严，能耗物耗高，碳排放也就高，减污与降碳需要合理平衡。美国将污染物排放限值分成五个等级开展研究：①只去除有机物；②TN≤8mg/L﹑TP≤1mg/L；③TN≤4-8mg/L﹑TP≤0.1-0.3mg/L；④TN≤3mg/L﹑TP≤0.1mg/L；⑤TN≤2mg/L，TP≤0.02mg/L。研究发现，前四级碳排放与减污呈线性关系，到第五级碳排放量则显著增加，因此，第④级TN≤3mg/L﹑TP≤0.1mg/L被认为是脱氮除磷与降碳平衡的合理边界。总之，合理确定标准限值是个重大课题，需要在环境﹑健康﹑成本﹑碳排放以及技术可达等多方面实现平衡，否则，就会陷入“盲目提标”与“盲目反对提标”的争论之中。
现有设施降碳潜力巨大，亟需开展低碳为核心的提升改造及运行优化。笔者曾在2013年预测2023年将基本完成污水处理设施的大规模建设，之后会陆续展开大规模提升改造，包括进一步提高脱氮除磷水平﹑深度去除新污染物以及降低碳排放的低碳改造。污水处理是能源密集型行业，碳排放量占全社会总排放量的1%～2%，在提高能效物效和回收能量两个方向发力，碳减排潜力巨大。笔者2019年调研了占行业总规模25%的467座污水处理厂，发现普遍存在污泥活性差与能耗物耗过高问题。当时调研发现，60%的处理厂污泥MLVSS/MLSS低于0.5，30%的低于0.4，有27座处理厂污泥MLVSS/MLSS竟然低于0.3。当前，这一状况仍然普遍存在。活性污泥污泥活性低，形同公司里养着一半占用着资源但不工作的人，能效必然低下。由于预处理拦截效果差，普遍未设初沉池，大量渣砂尤其是细渣细砂直接进入生物系统并长期累积，成为降低污泥活性的直接原因，也是MBR系统膜通量不断降低的主要原因。因此，进行强化预处理改造，把进水中的渣砂以及固态油脂“一扫光”，提高污泥活性，并同步解决后续单元的“缠﹑磨﹑淤﹑堵”成为重要的提升改造任务。不具备改造条件时，也可采用透析设备对活性污泥定期“透析”，剔除渣砂杂质。另一方面，现有设施总氮去除效率在55%～75%，低脱氮效率导致生物除磷失效，除磷过度依赖化学除磷药剂。为实现磷达标，不惜一切代价，过度投加大量无机化学药剂，将污水处理这样一个减量过程，实际变成大量物料的增加，既增大成本又干扰了污泥处理处置及资源化利用。低脱氮效率的原因很多，碳源不足﹑缺氧段短都是重要原因，但氧管控手段不足，导致生物系统成为一个富氧环境，是主要原因，南方污水处理厂更为突出。氧管理应是基于SOUR﹑OTR﹑OTE等过程仪表和高效混合手段的多维调控体系，单纯依靠DO等状态仪表和基于PID等简单算法的曝气控制不可能实现氧的科学管理。南方许多污水处理厂设置了曝气控制系统，但DO却高达2～3mg/L乃至更高，说明当前控制系统没有发挥出作用，应开展氧科学管理的系统性改造。总起来看，氧科学管理辅以高效碳源是提高脱氮效率的主要路径。笔者牵头编制的《污水处理厂低碳运行评价技术规范》（T/CAEPI49-2022）参考国际研究与趋势，将脱氮效率与N2O排放系数建立线性关系，脱氮效率越高碳排放量越低，当脱氮效率大于90%时，视同停止排放。因此，提高脱氮效率既减少污染物排放又降低碳排放，是污水处理过程减污降碳协同增效的重要手段。实际运营中，运营者普遍把深度处理设施当作或经常性当作“最后把关”单元，忽视对生物单元的优化调控，赋予深度处理设施更多污染负荷量，也导致了化学药剂的增加。许多处理厂不再定期检测二沉池出水水质，从而无法实现优化调控。因此，应加强生物系统优化调控，将深度处理设施回归“精细”功能，降低化学药剂消耗。当前正在开展的全国100座污水处理绿色低碳标杆厂建设，将引领现有设施的绿色低碳化改造，推进减污降碳协同增效。
03 推动能量回收与资源循环，继续发展中国特色的城市治水路线
中国在普及并完善分流制排水系统和高标准处理设施的基础上，未来还需要在能量回收与资源循环方面加速发展，进一步丰富中国特色的城市治水路线。
在中国新能源产业强势发展的大背景下，排水与污水处理领域的能量回收也获得快速发展。污水处理是能源密集型行业，污水处理厂占地面积大，因此，按照“自发自用、余电上网”模式，在污水处理厂发展光伏发电项目前景广阔。目前，一大批行业代表性污水处理厂成为“光伏+污水处理厂”，覆盖了约10%的污水处理电耗。另外，利用污水水源热泵回收污水中的低品位热源也发展迅速，一批大型热源回收项目陆续建成投运，节能减排效益显著。北京利用清河再生水厂的再生水作为水源，建设了中关村东升科技园再生水源热泵供热制冷项目，经过两期工程建设，供热制冷面积超过120万m2。郑州利用马头岗污水处理厂再生水作为水源，建设了龙湖金融中心区域供冷供热项目，供热制冷面积达到279万m2另外，北京和郑州两个城市的排水与污水处理运营单位长期坚持污泥厌氧消化处理，产生的沼气通过热电联产进行综合利用。到2025年，北京中心城区污水处理设施沼气发电量预计达到8000万kW·h，光伏发电量预计达到4000万kW·h，年减少二氧化碳排放量7.2万t，使污水处理碳排放强度在2020年基础上下降20%以上。郑州新区污水处理厂总处理规模120万t/d，去年年底投入运营，目前正在规划大型能源回收利用项目，通过“开源”和“节流”双向发力，打造全国首家“零碳”概念污水处理厂。2014年，曲久辉院士率领的中国污水处理概念厂专家委员会提出污水处理行业要面向四个追求，即“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”，这与当今“绿色低碳”发展理念高度契合。专家委员会主持建设的中国污水资源概念厂从全球一众优秀案例中脱颖而出，被国际水协（IWA）授予2024年度“全球唯一”的创新大奖。总体上，中国污水处理行业的能源回收，前景广阔，未来可期。
与能源回收相比，污水处理行业的资源循环明显滞后。污水处理领域的资源循环最重要的是水资源循环，也就是污水再生利用。按照住房和城乡建设部统计，2022年全国城镇污水约754亿m3，再生水利用量为151亿m3，再生水利用率约为20%；2023年再生水利用量为增加到151亿m3，再生水利用率约为29%。实际上，这些再生利用量包括了大量生态补水，实际工业和市政方向的利用量要低很多。如此低的再生利用率，与我国严重的水资源短缺状况极不相称。以色列目前 800 万人口,年产生污水5亿m3，污水再生处理率约95%，90%的再生水用于农业灌溉,超过灌溉用水量的 60%。为实现 90%的再生水利用率,以色列建设了200多座再生水储存库,总库容超过2亿m3，敷设了大批从水库放射到灌溉点的输配管道,覆盖了绝大部分国土面积。如果不选择农业灌溉作为首要利用方向,如果不建设这些水库和管道,即使建设了再生水厂,也没有高达90%的再生利用率,也就没有以色列今天的高效农业。以色列再生水大规模用于灌溉已经超过15年，一开始担心的土壤盐渍化问题并未出现。因此，我国应借鉴以色列经验，推广再生水农业灌溉。如果规划建设储存与输配设施,未来实现500亿～800亿m3再生水进行农业灌溉,将从根本上缓解工业和生活用水紧缺状况,并同时改善水生态环境。事实上，高标准处理设施的普及，已经实现了“污水再生利用”的再生，应加大利用设施建设，大幅度提升再生利用率。污水处理领域另一个重要资源循环是污泥资源循环。按照《2019年全国耕地质量等级情况公报》，全国共有4.44亿亩七至十等的低等耕地，占耕地总面积的21.95%。这部分耕地土壤贫瘠，基础地力较差,生产障碍因素突出,应持续开展耕地内在质量建设。另一方面，全国年产含水率80%的污水污泥6500万t，工业企业大多进入产业园区，这些污泥基本上都是生活污水污泥，富含有机质和氮磷钾，是高效有机肥源。但由于政策障碍，这些有机肥源无法进入耕地进行农业循环利用。美国年产含水率80%的污泥3500万t，其中60%进行农业循环利用，3%用于土壤修复，17%进行填埋，20%予以焚烧。欧洲年产含水率80%的污泥4300万t，其中47.5%进行农业循环利用，8.3%用于土壤修复，5.6%进行填埋，27.2%予以焚烧，其他处置方式占11.4%。因此，欧美国家将污泥处理后进行农业循环利用是主流方向。1984年发布的《农用污泥污染物控制标准》（GB 4284-1984）在生效的三十多年间，一直是世界上最严格的污泥农用污染物控制标准，而2018年最新发布的《农用污泥污染物控制标准》（GB 4284-2018）又进一步趋严。按照这个现有标准，污泥农业循环利用的去向被进一步堵死，这与我国土壤贫瘠状况极不相称。因此，强烈建议有关方面应合力打通污泥农业循环利用这一主要出路：首先在政策上明确土地可以消纳污泥、应该消纳污泥，其次是制定科学合理的污染物控制标准，尤其不可让标准阻碍纯粹的生活污泥进入土地，三是加速建设污泥稳定化设施，稳定化就是无害化，稳定化的污泥就可以进入土地。笔者认为，让有机质进入土地，是生态文明建设的关键环节。
04 提高污水处理费征收水平，完善征收机制，支撑起中国特色的城市治水路线
众所周知，各地排水与污水处理企业近年来污水处理服务费被普遍拖欠，虽没有准确统计，但全行业历年拖欠应超过1000亿元，既造成企业经营困难，也抑制了水务资本市场，进而也无法发展水务生产力。《污水处理费征收使用管理办法》（财税〔2014〕151号）（以下简称“征收办法”）明确规定：“污水处理费专项用于城镇污水处理设施的建设、运行和污泥处理处置，不得挪作他用”；“征收的污水处理费不能保障城镇排水与污水处理设施正常运营的，地方财政应当给予补贴”。按照这些规定推断，拖欠污水处理费的原因有且只有三个：一是征收水平不到位；二是财政补贴没到位；三是在征收和补贴都不到位的情况下还被挪用。
污水处理费征收水平应坚持覆盖成本并合理盈利的原则。2015年“征收办法”要求“覆盖污水处理设施正常运营和污泥处理处置成本并合理盈利”，强调既要包括污水处理，也要覆盖污泥处置成本。2015年，三部委发布的《关于制定和调整污水处理收费标准等有关问题的通知》（发改价格〔2015〕119号）提出了“居民不低于0.95元，非居民不低于1.4元”指导性标准，并强调“已经达到最低收费标准但尚未补偿成本并合理盈利的，应当结合污染防治形势等进一步提高污水处理收费标准”。2018年，国家发改委《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》（发改价格规〔2018〕943号）（以下简称“价格机制意见”）要求“建立与污水处理标准相协调的收费机制”，污水处理排放标准提高至一级A或更严格标准的城镇要相应提高污水处理费标准。2024年，住建部与发改委等五部委《关于加强城市生活污水管网建设和运行维护的通知》（建城〔2024〕18号）提出“健全污水管网建设和运行维护费用保障制度”，首次提出污水处理费应包括管网建设和运行维护费。截止目前，上海市污水处理费征收标准最高，居民2.0元/m3，非居民2.97元/m3，超过国家指导标准的两倍。北京﹑南京﹑苏州等少数城市明显高于国家指导标准，其中，北京市居民1.36元/m3，非居民3元/m3；南京市居民1.42元/m3，非居民1.95元/m3；苏州市居民1.35元/m3，非居民1.75元/m3。深圳﹑广州﹑天津﹑武汉﹑重庆﹑成都﹑青岛等城市与国家指导标准一致或略高。时至今日，还有很多城市都低于国家2015年提出的指导标准。由此可见，当前污水处理费征收水平普遍不能覆盖成本，更谈不上合理盈利，如财政补贴不到位，必然拖欠污水处理服务费。污水处理费征收水平迟未到位，底层原因值得研究解析。
污水处理费征收要建立动态调整机制。国家发改委“价格机制意见”明确提出“建立城镇污水处理费动态调整机制”，笔者2018年也在《人民日报》撰文呼吁建立污水处理费动态调整机制。大多数城市几年调整一次污水处理费，有的城市多年都未调整，而实际用电、药剂以及人工等生产要素的单价一直在变化。同时，污水处理的任务也在变化，处理标准在提高，污泥处理处置的要求也在提高，政府支付的服务费应当相应提高。如果污水处理费不调整，收支缺口就会放大，财政压力就会加重，一些地方甚至会因此影响污水处理设施的提升改造。因此，应基于生产要素价格变化和实际任务的变化，建立污水处理费动态调整机制，满足实际需要。一些国家将水价调整与CPI挂钩，值得参考。
要明确污水处理服务费成本监审的原则和方法。污水处理费的行政事业性收费性质，决定了在调整征收水平时需要对企业的污水处理服务费进行成本监审，监审结果直接决定着调整水平。目前，污水处理服务费成本监审的原则和方法尚不明确，实践中常被当成了一般成本核算。首先，应明确成本监审的原则，站在发展的高度，站在培育高水平水务生产力以便更好地为公众服务的高度，与简单地以据实发生为原则，监审结果截然不同。污水处理过程的复杂性与动态变化的特点，导致成本与利润之间有一个模糊区间，高水平的运营可以使一部分成本变成利润，反之，低水平的运营则把利润变成成本，这就提出了什么是合理盈利的问题。说了很多年“保本微利”，现在的“合理盈利”是什么？是社会平均利润水平吗？污水处理费承载着服务和调节用水行为的功能，是否需要赋予融资功能？是否赋予吸引第三方专业团队的功能？大城市有能力自行投资建设并高水平运营，中小城市尤其是欠发达地区的中小城市呢？一个城市的污水处理费征收水平提高不上去，就不可能获得高水平的污水处理专业化服务。其次，成本监审方法需要细化。污水处理设施运营成本应基于全成本测算，既要包括直接成本，也要包括间接成本，且成本测算应与满足当地受纳水体要求的出水水质标准相对应，不同的出水标准，成本差别也很大。污泥处理处置成本包括处理成本和处置成本，成本测算应在明确处置方式的基础上进行，不同的处置方式，处置成本不同，要求的处理程度也不同，处理成本也差别很大。一般审计机构不具备这样专业能力，应由专业机构编制细则予以配合，否则，极易把据实发生但质量不足的成本当成了合理成本，征收水平也就提高不上去，从而无法支撑中国特色排水与污水处理事业的高质量发展。
（来源：给水排水）