张健:中国环保需要3.0版本

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时间:2016年08月30日期刊:本站原创 点击: 收藏此文 【字体:

听说过“马桶革命”吗?
没错,就是马桶。
比尔·盖茨认为,“人类需要重新设计马桶,变废为宝。”因此他在全球范围内发起了一场“马桶革命”,不少大学参与了这个项目。
有媒体报道,迄今为止,全球仍有20多亿人无法享受到冲水马桶这一城市文明的成果。在一些发展中国家,因为缺少卫生设备引发传染病的事件一直不断。为此,比尔·盖茨和梅琳达·盖茨基金会斥资2400万美元,希望科研人员能够开发出一种廉价且高效的超级马桶,这种马桶必须要在没有自来水网、排污系统以及电力的情况下依然可以正常使用,而且每天的维护费用不能超过5美分。
在2014年底举行的马桶创意大赛中,有四个方案中选,其中有两个都与一家中关村的企业有关,它就是万若环境工程技术有限公司(以下简称“万若环境”)。
万若环境创始人张健,是环保领域知名专家,北京“海聚工程”入选者,曾留学德国,12年前回国创办了万若环境,从此开始了一场特别的“马桶革命”。说到特别,是因为他运用真空负压技术和生态循环理念,打造出一套以真空厕所为源头的微循环排水系统。有别于传统的集中水处理模式,张健倡导从源头开始分离污水,让废物就地资源化,实现二次利用。
更为重要的是,他认为国内环保理念和技术需要变革,从照搬西方模式转变成适应中国本土的循环模式。他将其定义为“中国环保3.0”。

人们浪费了多少资源?
“一个城市的下水管网和污水处理厂不应该是现在的样子。”
张健提出了大胆的设想,“如果人类的粪尿不再进入下水道,而是返回到田地里,作为生态农业的支撑;粪尿输送不再进入污水管网,而是就地处理,碳排放将大为降低。”
无独有偶。德国科学院的科学家们曾大胆预言,现代城市的下水道系统将被极大地改变,这将是本世纪城市建设中的一件大事。
这样的说法不无道理。
张健罗列了一组数据,以每年百万人口的排泄及产生的污水为例:100万人每年产生的污水量高达6205万立方米,相当于30个昆明湖;耗氧量达到了2.5万吨;氮的流失有2500吨,相当于5400吨尿素;磷的流失高达500吨,足以制成2400吨磷肥;粪便中钾的含量有1200吨,相当于2400吨钾肥的成分;而经由排泄产生的污水处理将耗能3102万千瓦时,相当于13万居民一年用电的总量,碳排量竟然高达 16 万吨。
以上数据表明,常规模式下城市对水循环、物质循环的扰动是惊人的,是难以或无法修复的。虽然人的粪尿只占污水的百分之一,但含有污水中大部分的有机物和绝大部分营养盐,回收是资源,排放是污染。
而在此模式上对环保效果的追求,只能是解决了一个问题,又带来新的问题。
在2015年3月全国两会上,新任环保部长陈吉宁在接受媒体采访时感慨到,当前中国制造是一种粗犷的发展模式,但在环保领域又何尝不是呢?
早在2011年,时任清华大学常务副校长的陈吉宁就已经谈到,用“单位土地第二产业增加值”来表征经济增长带来的环境压力,考虑到当下中国所面临的工业化、城市化双重压力,环境问题势必给技术研发带来新的挑战,如果没有“几倍”的技术进步的话,今天所有复制欧洲和美国的治理模式都将很难成功,今后必然会遇到问题。
更为重要的一点是,我国污水处理“重建设轻运行”现象较为普遍。但令人欣慰的是,以张健为代表的水处理专家的回归,一些环保人士将视野放长远,这些因素带动了国内环保产业从重投资建设逐渐向重运行服务的转型。
“摒弃价格至上的观念,把生命周期和能耗放在首位,让营养物循环,才是健康的环保理念。”致力于小到马桶、大到整个国家排污系统的变革,是张健的创业理想,也是他不畏艰苦、醉心于科研的根本动力。
张健身上有一种匠人心态,他认为创业的质量远比增量更重要。正是因为这种心态,他才能十几年来坚定不移地将先进理念和技术一步步落地,在中国生根,结出丰硕的果实。
张健:中国环保需要3.0版本
水处理引入微循环的理念
还是从小小的马桶说起,它是污水处理的源头。
张健团队在马桶创意大赛中提出了一种新型卫生系统,包括气冲厕所、过滤—生物干化和高浓度粪尿蒸发浓缩,旨在排泄物的源头减量密闭收集、低温浓缩干化、生产全营养素肥料和清洁水。
与传统厕所模式相比,这一系统有着本质的区别。例如气冲厕所用环境空气“冲走”粪尿,密闭无臭,同时使能耗降低到远低于常规便器中冲洗水的供水能耗。系统收集的高浓度废物在特制的装置中与其他有机废弃物一起进行过滤和生物干化,利用微生物放热或太阳能将废物中的水进行蒸发,回收冷凝水和热量,得到全营养份有机肥和清洁水。
这一灵感源于何处?
张健笑答,脱胎于农耕文明的“城市”,从诞生之日就与自然环境息息相关。然而,仅300年的工业文明发展却导致了城市与自然隔离、对生态环境的冲击及与自然的对抗。
19世纪中叶,英国率先引入和普及城市冲水马桶,大规模修建城市下水道。冲水马桶引入后,由于厕所废水量以数十倍增加,城市中原有与排水系统独立的粪坑在容量上受到巨大冲击,原有的粪尿收集、转运设施无法再满足新的要求,不得不通过下水道排放。
“源于西方的城市用水排水模式存在高耗水耗能、资源流失、农业生产不可持续等一系列弊端,人口众多的发展中国家效法常规排水模式的问题和危机已经开始不断凸显。”
“在我国,远程调水、城市水逢枯就臭遇雨就涝已开始成为普遍现象,污水设施规划建设赶不上新增人口排污的问题即使在污水设施最完善的首都也时有报道。”
“除此之外,随着国内磷资源的短缺和土壤有机质的匮乏,从农业可持续发展和粮食安全的角度,污水污染物肥料化的需求也越来越突出。”
因此,构建低碳微循环和资源回收的水处理模式势在必行。这不仅是一种战略眼光,还是摆在人们面前的现实选择。
张健认为,中国应找到一条新的出路——着手重建城市微循环。应用于水处理领域,就是改变既有的集中式污水处理模式,实施以微循环为核心的水处理模式。
“就水处理而言,原有的城市规划路径越走越艰难,必须把农村纳入进来,统筹规划,使水循环系统在更大的空间得以实现,解除由于行政区界所限和传统理念所限对水处理的约束。”
万若环境正是以新农村、小城镇为第一着眼点,研发了一系列真空排水、污水源分离与资源化技术。公司自创办以来,获得了几十项自主知识产权的国内领先的专利技术。万若环境获得过“国家重点环境保护实用技术”荣誉、“北京市企业自主创新TOP100”,在国家大专院校林立的北京,自己命题、自主创新的污水源分离技术获得了“2014北京市科技进步三等奖”。
回国之前,张健曾作为欧盟环境工程专家,回国为有关环保规划提供技术咨询,他在国内倡导污水源分离的理念,即将污染负荷最集中的人类排泄物单独收集,回收能量并作为绿色农业的资源进行循环,终结人类城镇化带来的高耗水高耗能、农业资源流失、水环境富营养化等不可持续的历史。
但是,这种宣扬收效甚微,很少有人能真正理解张健内心的紧迫感。
当被问到一位环境工程专家为什么会花这么大的血本,致力于马桶研究呢?张健说,2001年,在柏林一次中德环保部长参加的高端研讨会上,德国绿党环保部长表示,“我们希望中国发展,但如果中国按我们的轨迹发展,就需要第二个、第三个地球,德国作为高度发达的工业国家,应该率先寻找可持续的替代方案”。
正是在这次论坛之后,张健坚定了回国开拓可持续治污方案的想法。他说,“我80年代留学环保科技发达的德国,工作中取得了不少成绩。但是回头来看,我们做的全是高端的末端被动治理的技术,应该更主动一些,快速城市化发展中的祖国也需要采用新的模式。”
拳拳报国之心,加上先进的环保技术,万若环境在北京、上海、江苏等地取得了大量的业绩,一个新的城镇农村水资源利用和污水资源化蓝图正在描绘之中。
上升到整个环保领域,张健提出了他的“中国环保3.0版本”。1.0版本是“从无到有”做环保;2.0版本是照搬西方模式做环保;而3.0版本是适应中国本土化的以微循环模式做环保。

水处理建造出新型生态村
将污水控制住,再资源化利用,是张健倡导的微循环排水系统的高明所在。
“生活废水运送到村污水处理站,卫生间的坐便器装有感应器,能自动冲水,如今,河北省永年南界河店村村民的生活环境更加整洁。”2013年,这个村新建了生活污水处理系统,杜绝了污水随意倾倒现象。
有媒体报道,“在村南的生活污水处理站看到的是人工湿地绿草茵茵,沼气池、沉淀池等都建在地下,地上植树种花。”
但是,在2013年以前,这个村的生态却是另一番景象。这里的居民大多使用旱厕,少数有水冲厕所的家庭用水量大,而且污水通过渗井直接排放。居民的生活杂用水沿水沟街道溢流,随处下渗,雨季时低洼处的民宅污水成灾。没有污水处理设施,只是单纯地依靠下渗地下水来解决污水问题。
“如果用常规的办法,建设常规重力流排水管道,需要破拆原有硬化路面来重新建设,而且处理工艺复杂,投资高昂,维护难度大。”
2013年,万若环境承接了当地污水处理项目,团队不仅建造了污水处理设施,还为每家每户安装了气冲马桶。
这一微循环排水系统的特点就在于把马桶与污水处理相连接,从源头开始就达到了污水分类治理的功效。具体来说,就是把源分离、负压排水、沼气池和人工湿地等四种比较成熟的技术融合到一起综合运用,在国内农村污水治理领域属首创,具有节水节能、运营成本低、治理效果好等优点,很适合农村污水排放量小、后期运营资金紧张等情况。
具体来看,这套处理系统采用负压排水技术,通过负压管道、负压罐,把生活污水通过两套管网收集过来,分类处理。
经过源分离后的粪尿混合液输送到沼气池进行熟化加工,产出的沼气用来作燃料,沼渣沼液作为肥料返还农田,不但降低了处理费用,还实现了“零排放”,避免了废渣二次污染。
生活废水、餐厨垃圾粉碎物则进入沉淀池、人工湿地进行沉淀净化,处理后的水排放到蓄水池。根据环保部门监测报告显示,这里的蓄水池的水质已经达到国家一级A类排放标准。处理后的水用来灌溉农田,清洗汽车等。
这一排水系统被国家住建部作为“2014 年住建部科技示范工程”加以推广。在工程一期,万若环境为130余户当地居民安装了真空厕所以及可循环的污水处理设施。当地居民生活产生的污水不用再由污水管道集中输送到几十里外的城镇集中处理,而是在当地处理和二次利用。
除了当地生态环境得以改善外,政府用于污水处理的维护成本也大幅降低。万若环境在该项目报告中写到,污水处理和运行费,每个月每户只有 3.5 元。
值得一提的是,收集及处理设施全部自动化运行, 基本不需日常维护,管理操作简单易行。这也提升了该项目在国内推广的价值。
就这样,一个“污水遍地”的村镇摇身一变成为新型生态村镇的代表。
那么,为什么要在农村采用这一新模式?
张健答到,已有的城市模式大家已经习以为常,一时难以撼动,所以要采取“农村包围城市”的战略。他的梦想是将来城市的小区和建筑综合体不再排出污水而是再生水,不再排出垃圾废物而是有机肥,农民进城装蔬菜的车拉走的是高标准的有机肥……

践行理念需不断探索和创新
几年以前,万若环境因设计奥林匹克森林公园的排水系统而“名震四方”。迄今为止,张健团队走南闯北,调研了国内不同地域的水处理系统,也做过许多污水处理示范工程和市场项目。尽管各地有不同的生态,但张健坚持认为,这种从源头分离的排水系统可以适应源头分离设施的多样化,以便适应地域和水质的多样化。
这样的一套排水系统可以在几十人甚至上万人规模的生活区域进行污水收集与处理。既可用于城市新区和老城的排水改造,也可用于农村和小城镇地区;既可用于风景区或水源地等环境保护区、生态示范区,又可用于那些水源紧张的地区,以及没有现成下水道的土地开发或房地产开发项目、城市边缘地区或城乡结合部进行污水控制与资源化。
京西学校密云环境教育基地资源型排水系统位于北京市密云县水源保护地,主体建筑建造在山坡上,总面积为1642 亩。万若环境应用源分离旱厕,沼气、灰水收集、人工潜流湿地、果园,实现了生活污水、垃圾资源化利用,还实现了零排放和最大程度的资源回收。如今,当地所有生活废弃物已经实现了资源化零排放。
奥林匹克森林公园占地 680 公顷,园内厕所原计划采用分散式常规废水处理模式,处理后的废水排入湿地或人工湖。由于排水指标的限制,特别是氮排放就大大地超出限定值,所以采用黄水源分离的模式解决了这些问题。
张健团队综合分析了公园园林植物及土壤需求后,黄水经腐熟后回用公园灌溉,构成了一个绿色奥运的重要元素。这一项目得到了时任国家领导人的一致好评。
万若环境与上海环科院合作的崇明岛双津村水处理项目,采用了重力流粪尿分离便器为基础的分散处理模式,实现了黄水、褐水或黑水在一定范围内的自动、集中收集。
这一模式使得源分离发展成为一种替代模式,用来解决多层建筑、建筑群和住宅区的现实问题。出于这一认识,万若环境七年前在解放军报社的金茂物业楼建立了一个多层负压节水便器为基础的黑水收集系统,积累了初步经验。
上海崇明岛陈家镇兴建的生态办公示范楼为地上 3 层建筑,采用负压粪尿分离便器,黄水、褐水分别采用负压管道收集。粪便收集至化粪池后进行净化处理;黄水收集到一个三格尿液储存池,分时间熟化静置后作为肥料利用。
除此之外,公司还与北京建工学院郝晓地教授合作,在北京市小汤山兴寿镇一个度假村庄里开展了黄水、黑水、灰水分质收集系统的实验和示范。 黄水、褐水和黑水分别通过重力流、负压管道不同形式的组合实现了多样化的污水分质收集。国际排水协会主席Daigger 博士等国际知名专家赞誉这一工程是“国际典范”。
黄水经过一定时间腐熟后用于农田灌溉。灰水通过室内的重力流排水管道进入积水井,并通过室外真空管道收集后采用人工湿地进行净化,然后排放至人工湖。褐水集水井通过负压管道,与负压便器收集到的黑水一道被输送到沼气罐,与秸秆、家禽粪便一起发酵,产生的沼气用于照明和做饭,沼液、沼渣用作农肥。
节水效果显著的黑水负压收集系统还在达沃斯会议举办地之一——大连国际会议中心得以应用。这一项目的重点是节水冲厕和同层排水,为规模化实施源分离生态排水提供技术依托。
临近采访尾声,身兼中国生态城市研究会城市水学组副组长的张健对记者谈到,“中国不应该、也无法拷贝西方早期城市化中使用的城市排水模式,创新型的污水处理理念和技术的施行成为必然。”
张健坚信,这一探索和变革不仅可以为中国可持续用水和排水寻求更持续的方案,也将为所有新兴发展中国家提供可资借鉴的范本。

链接:张健,入选北京“海聚工程”,北京市特聘专家,万若(北京)环境工程技术有限公司董事长,“中关村高端领军人才”,荣获第四届“北京市留学人员创新创业特别贡献奖”。
(作者:文 本刊记者 明星 编辑:zgc002)
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