推文第1180天
本文整理自張健博士在中國農(nóng)業(yè)大學《農(nóng)業(yè)總論》課堂上作的報告
【人物簡介】張健，北京萬若環(huán)境工程技術有限公司董事長，耕讀大學老師
2018年10月30日，萬若集團的張健博士給我們帶來了題為“資源型排污系統(tǒng)的理念與實踐”的主題講座。
張博士主要從 “排污管理的歷史回顧、反思與新理念、實踐探索”三方面，向同學們介紹了早期西方糞尿處理“常規(guī)模式”的產(chǎn)生背景、發(fā)展歷程、存在的問題及反思，針對該問題他們團隊的實踐探索。
01
排污管理的歷史回顧
下圖是張博士和朋友共同完成的宏觀上關于人類與自然界物質(zhì)、能量交換現(xiàn)狀的示意圖。它給予了張博士關于職業(yè)的思考，同時也是他決定轉向資源型排污系統(tǒng)研究的起點。
從現(xiàn)在可持續(xù)發(fā)展的視角看，“常規(guī)模式”下，食品生產(chǎn)消耗的磷肥、鉀肥都是有限的不可再生資源，氮肥的生產(chǎn)需消耗大量能量，并造成大氣、水體污染。這些營養(yǎng)元素隨食品富集于人的排泄物之中，之后進入下水道，流入污水處理廠或直接排放至水體，最后導致江河湖海的富營養(yǎng)化。
研究數(shù)據(jù)顯示，每百萬人年排污水相當于30個北京的昆明湖，流失的肥料相當于兩萬噸氮磷鉀化肥，處理耗能相當于13萬居民用電。由此可見，“常規(guī)模式”的排污是一件多么奢侈的事。
200多年前，自來水的使用使水沖廁所的普及成為可能，原有的糞便收集清運系統(tǒng)逐漸無法滿足大水量廢物的排放。而修建下水道，依靠廢水的自然流動輸送排泄物是當時最佳的解決方案。將近100年之后，人們發(fā)現(xiàn)糞便排入江河引起了疾病的傳播，于是想建立衛(wèi)生學意義上的污水處理廠來解決這一難題。
全球復制的基于西方早期城市化的“常規(guī)模式”
污水處理廠
直至上世紀70年代末期，隨著黑臭河體的泛濫（即水體的富營養(yǎng)化），人們開始在污水處理過程中增加脫氮和除磷工序，形成了現(xiàn)在“常規(guī)模式”的污水收集處理系統(tǒng)。
從時間跨度來看，“常規(guī)模式”的污水收集處理系統(tǒng)有極強的“技術鎖定”效應。前人在解決當時的問題時，由于當時人類知識的局限，無法預測后人所面臨的問題，使得前人的決策也影響了后人的決策。而且，在既有的西方常規(guī)模式形成歷史中，人類沒有機會將衛(wèi)生、經(jīng)濟、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等多重因素進行優(yōu)化。
德國試驗衛(wèi)生學家Max von Pettenkofer（1818-1901）認為，河流流速在0.6m/s污水稀釋15倍可達到自凈效果。這一觀點成為很多城市修建混合下水道的理論依據(jù)，糞尿開始從農(nóng)業(yè)利用轉向排放和水體污染。
最初的下水道設計
02
反思與新理念
“常規(guī)模式”下，人的排泄物大約占污水總量的1%，但是卻含有污水中的大部分有機物（化學能）和絕大部分氮、磷等營養(yǎng)鹽（農(nóng)業(yè)營養(yǎng)物）。
而為了去除這些物質(zhì)，人們在污水處理中往往以“能量攻擊能量，以資源消滅資源”。很顯然，老牌的“常規(guī)模式”污水處理方法已經(jīng)不再適合于當前的社會、經(jīng)濟、生態(tài)發(fā)展。所以，人們開始反思和探索，該如何處理人糞尿呢？怎么樣才能可持續(xù)的發(fā)展呢？
國際、國內(nèi)涉及污水處理的相關專業(yè)人員以及管理人員們都有自己的看法，雖然說法有所差異，但總體來看，大家的想法幾乎是不謀而合的：以資源回收為導向的污水源分離體制和循環(huán)利用是環(huán)境和經(jīng)濟均具優(yōu)勢的最佳選擇。
國際業(yè)界的反思
國際水協(xié)主席Daigger博士作為行業(yè)發(fā)展趨勢明確提出糞尿與其他廢水分離的資源化對策（2012）；Daigger博士盛贊中國同行進行的前沿實踐探索（2009）。
中國專家觀點
陳吉寧（環(huán)保部部長）：“我國在解決資源環(huán)境問題的同時，必須考慮，不能以高代價的方式來解決自身的資源環(huán)境問題，否則的話是不可持續(xù)的。我國今天的模式基本上是復制歐洲和美國的方式來解決水的問題、環(huán)境的問題等等。問題是，這種模式是不是可持續(xù)的？可不可行？能不能解決我們的問題？”(2011)；“我們總說我們的經(jīng)濟是粗狂型發(fā)展，我們的環(huán)境保護何嘗又不是呢？”（2015）
仇保興（國務院參事，原住建部副部長）：“城市農(nóng)村是夫妻，…任何東西來自土地、回到土地，這是一種原始形態(tài)，盡管時間超過5萬年，中國農(nóng)耕文明歷史最歷久，但是整個農(nóng)耕文明對地球沒有多大的變化。新型城鎮(zhèn)化要遵循生態(tài)文明的發(fā)展規(guī)律去探索、去實踐，…生態(tài)文明是小型的，分散的，分布式的，充滿彈性的，與自然和諧相處的文明?！?2014)“
張杰院士：“人居、畜禽排泄物作為農(nóng)業(yè)的有機肥料成為必然?！?；“城市有機物（人居排泄物）源頭分離，循環(huán)利用的實踐將變革城市傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)模式，恢復植物營養(yǎng)元素（氮磷鉀）物質(zhì)循環(huán)途徑，在減輕環(huán)境污染的同時，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供源源不斷的肥料，勢必會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。（2010）
夏青教授（原中國環(huán)科院副院長/總工）：從源分離抓起，清污分流、資源先用，回歸營養(yǎng)物的自然循環(huán)，改變城市下水道的設計思想，更多的體現(xiàn)微循環(huán)、微降解、微處理的新思維；起步之舉實為回歸之舉，人類百年修建下水道集中處理污水改變了自然水循環(huán)和物質(zhì)循環(huán)，將從源分離開始進入新的低碳、生態(tài)循環(huán)（2012）。
03
實踐探索
在這樣的思潮驅(qū)使下，各地均積極進行實踐探索，如瑞典Orhem市Gebers居住區(qū)進行尿液分離并將其發(fā)酵后作為肥料施用于農(nóng)田；而中國則是進行各種排污系統(tǒng)的工程實踐探索。
案例:瑞典Orhem市Gebers居住區(qū)
張博士帶領“萬若環(huán)境”團隊，遵循“源分離”的基本準則，構建了多種收集系統(tǒng)，且與常規(guī)重力流排水系統(tǒng)進行對比，實踐證明：
1、將負壓收集技術和“源分離”理念相結合，多樣化管網(wǎng)組合可收集各類污水；
2、糞尿污水（黑水、褐水、黃水）應用負壓系統(tǒng)單獨收集，可實現(xiàn)源頭減量和高濃度污水輸送；
3、雜排水（灰水）可應用重力流或負壓收集，分離后灰水污染物濃度低，是優(yōu)質(zhì)中水水源；
4、改變了傳統(tǒng)混合污水收集處理高耗水、高耗能情況，與傳統(tǒng)模式相比，處理過程明顯簡單而且基本能全部資源化。
負壓排水系統(tǒng)的構建，成功解決了大連達沃斯國際會議中心的異形建筑排水問題和廣西防城港產(chǎn)業(yè)園原有重力流管網(wǎng)堵塞和泄露嚴重的問題。之后，他們詳細地研究了當前中國農(nóng)村的常規(guī)重力流排水系統(tǒng)存在的問題以及負壓排水具有的優(yōu)勢。
大連達沃斯國際會議中心的異形建筑排水問題
廣西防城港產(chǎn)業(yè)園原有重力流管網(wǎng)堵塞和泄露嚴重的問題
他們將常規(guī)重力流排水系統(tǒng)與負壓排水系統(tǒng)結合，探索出適合農(nóng)村的污水處理系統(tǒng)：
1、室內(nèi)重力流室外負壓混合收集（室內(nèi)污水混排至負壓收集器，經(jīng)負壓管網(wǎng)進入收集處理站）；
2、室內(nèi)負壓廁所室外負壓混合收集（引入負壓廁所，污水混排至負壓收集器，經(jīng)負壓管網(wǎng)進入收集處理站）；
3、室內(nèi)重力流室外負壓分質(zhì)收集（室內(nèi)污水重力流出戶入負壓收集器，經(jīng)負壓管網(wǎng)黑灰分質(zhì)進入收集處理站）；
4、室內(nèi)負壓廁所室外負壓分質(zhì)收集（負壓超節(jié)水廁所，灰水重力流出戶入負壓收集器，經(jīng)負壓管網(wǎng)黑灰分質(zhì)進入收集處理站）。
并成功地幫助多個中國鄉(xiāng)村進行改造，諸如房山孤山口村（900余戶）、十渡五合村（40多戶農(nóng)家院）、常熟老街區(qū)污水管網(wǎng)、靖江老城區(qū)負壓污水收集、貴安新區(qū)污水處理等。
常熟老街區(qū)污水管網(wǎng)完善
約10萬平方米老城區(qū)特殊排水
邯鄲南界河店村鄉(xiāng)村基礎設施提升 – 住建部科技示范項目
中國的現(xiàn)階段正處于城鎮(zhèn)化高速發(fā)展的時代，歐洲傳統(tǒng)的污水凈化手段在消減污染負荷上難以適應我國人多水少的實際情況，而且隨著我國磷資源的短缺，污水污染物肥料化的需求也越來越突出。
國家制定了目標： 2020年農(nóng)藥化肥零增長，土壤有機質(zhì)提供0.5個百分點，秸稈還田80%。村鎮(zhèn)建設從人畜排泄物還田開始走向新的模式。所以，從可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的角度，我們有必要探索可持續(xù)的給排水替代方案，從模式上關注污水的資源化途徑。
張博士提出的資源型排水模式，可收集富含氮磷的高濃度糞尿污水，通過不同的處理可回收污水中90%的氮磷資源用于農(nóng)業(yè)、綠化等，重構農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展的有機組成部分。農(nóng)村以廁所為抓手，管住屎和尿，從末端治理走向源頭分離，實現(xiàn)綠色循環(huán)，為鄉(xiāng)村振興助力，創(chuàng)建美麗鄉(xiāng)村。
傳統(tǒng)排水模式歷經(jīng)一個多世紀的不斷機械疊加而形成，存在高耗水耗能和資源流失的弊端；資源型排水模式沿用清潔生產(chǎn)理念進行源頭分離，以分別收集高濃度的糞尿和污染負荷低的生活雜排水，并分別對其進行集中或分散處理，實現(xiàn)其資源化。后者以源分離為技術核心，從源頭盡量節(jié)水，并將廢水實現(xiàn)源頭分離，構成相對分散的以資源回收為導向的排水系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能、能量和營養(yǎng)鹽回收以及水再生循環(huán)。
鄉(xiāng)村振興是中國當下的大事，相信經(jīng)過我們共同的努力，尋找可持續(xù)的綠色循環(huán)模式、構建“中國模式”的資源型排污系統(tǒng)，那么美麗中國、美麗鄉(xiāng)村便不再是烏托邦。
總結
最后，胡躍高老師總結了張博士的講座，感謝他給我們帶來了一堂理論與實踐結合的教育課。近代西方工業(yè)文明的問題頻發(fā)，我們要保持清醒的頭腦，避免走上他們的老路，從我們未開發(fā)過的鄉(xiāng)村做起，探索“中國模式”，為建設美麗中國貢獻一份自己的力量。
圖文整理：中國農(nóng)大研究生江春艷
校稿、排版美化：3O有機行者·滔小小
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