王凱軍：從好氧顆粒污泥發(fā)展看科研的基因和終極目標是什么？

編者按：為什么好氧顆粒污泥技術(shù)、厭氧氨氧化等幾項被譽為改變水處理技術(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)新傳承兩個角度綜合思考這些問題，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。通過獨特視角，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∷伎迹簽槭裁次覀冊赟CI論文全球稱雄的同時，產(chǎn)業(yè)化進展卻甚微？這個現(xiàn)象背后，則是更深刻的問題：科研的目標和終點在哪里？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

問題導(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)重點解決的是公共衛(wèi)生問題；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)問題；上世紀90年代起，人們開始關(guān)注水體富養(yǎng)化問題，從而進行除磷脫氮工藝研究；接著到21世紀初的水資源短缺、微污染、微塑料問題等等。隨著水污染問題的不斷提出，污水處理技術(shù)流程也在不斷增加，使得系統(tǒng)越來越復(fù)雜，處理成本越來越高，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。它解決了過濾與沉淀一體化的問題，使技術(shù)相對綜合，工藝流程相對簡化，主要靠膜的精細過濾和濃縮，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，污泥濃度可保持8-10g/L。

國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，污泥濃度甚至能達到15g/L，生物量大，可以同時解決有機物、氮、磷去除問題，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

事實上，2000年荷蘭就啟動計劃研究新技術(shù)和高標準出水工藝，首選了MBR技術(shù)，也同時研究好氧顆粒污泥。當(dāng)時建設(shè)了四個MBR廠，最近這四個MBR廠因為各種原因都被關(guān)停了。有人說關(guān)停了并不是因為MBR技術(shù)不好，但無論怎樣，這個結(jié)果說明了什么？說明在這一輪的競爭里，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是荷蘭工程界帶給世界的又一個驚喜。

顆粒污泥的發(fā)現(xiàn)與傳承

荷蘭人常說他們是用顆粒污泥的方式處理污水，為什么這么說？首先來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?？梢哉f，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)來進行處理。荷蘭科學(xué)家不僅發(fā)現(xiàn)了著名的厭氧氨氧化現(xiàn)象，第一個生產(chǎn)性的厭氧氨氧化顆粒污泥裝置也是荷蘭人做出來的。荷蘭Paques公司在10多年在中國沈陽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)。荷蘭是第一個也是世界上唯一一個對好氧顆粒污泥技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)化的國家。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“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，從在線儀表上看其處理后水質(zhì)非常好，總磷可達到0.09mg/L、總氮可達到7.9mg/L。據(jù)管理人員介紹這還是沒有加優(yōu)化的結(jié)果，優(yōu)化之后總氮、總磷效果會更好。文獻報道第一個三萬噸規(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幾十萬噸的污水廠，用傳統(tǒng)工藝達到非常好的出水水質(zhì)，然而該廠被荷蘭人認為自建成之后就落后了。原因何在？因為采用好氧顆粒污泥技術(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調(diào)研

事實上，好氧顆粒污泥并不是一個新的發(fā)現(xiàn)。從上世紀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道。我們通過調(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，其中中國就有1000多篇。假設(shè)平均一家研究機構(gòu)可發(fā)表10篇論文，則表示有300多家機構(gòu)在研究好氧顆粒污泥，其中中國則至少100家。可以說，中國關(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，目前國際上卻只有荷蘭Mark團隊一家研究機構(gòu)取得了突破。這是值得我們認真思考的一個問題：為什么顆粒污泥均是由荷蘭人率先發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的？