水處理工廠，被稱為改變人類發展歷程的重大發明。而隨著人類對環境問題認知的改變，他們的功能與使命也在不斷變化。在活性污泥法誕生一百年的期間，很多學者站在兩個百年的交匯點，對水處理事業進行了回顧與展望。曲久輝院士這次演講則是當年的一篇佳作。如果說之前水廠的使命是解決水資源供給和污染物減排，那么在下一個百年，水處理廠更多的會是實現人類社會生態安全和資源循環的“發動機”，未來的愿景，方向和機遇盡在六個字：低耗，循環，清潔。
回顧過去，飲用水技術的發展到今天已有100年的里程，特別是傳統的混凝沉淀過濾消毒技術，對保證人類的安全甚至健康都有著重要貢獻。到2014年，活性污泥法誕生也剛好100周年，它為保障城市生態環境的安全、保障人類生態環境的安全作出了重要的貢獻。在這個過程中,有很多里程碑的事件，其中一個就是工業廢水問題的出現。在上世紀70年代初，很多文獻從原來記載飲用水的處理一下子就變成了工業廢水的報道，這個熱點一直持續到今天。
在去年做中國環境技術評估和環境技術預測的時候有人指出，工業廢水仍然是一個重要問題，因為我們正在經歷一個沒有完成的，而且還會使環境變差的工業化時代。正是這樣一種需求，在1914年的時候,誕生了活性污泥法。1902年，誕生了氯氣消毒法，這一發現改變了人類在飲用水安全方面的窘境。1894年的時候，發明了芬頓法，至今它仍然是一個研究熱點。這樣一些里程碑的事件過去了，那我們面臨的未來是什么?
如果我們用一個技術變革的事件來看未來我們的水處理廠，那么應該是一種什么樣的產業?我們應該采用什么樣的技術?又該使用何種工業模式?有一點毫無疑問，那就是技術創造是在工程運用的需求當中才能得到真正的解讀。我認為，未來或者說下一代水處理技術應該是具有自身的清潔性，在處理過程中應該具有能耗和藥耗最大程度減少的可行性，同時還必須具有保障水質生態與人體健康安全的可靠性。如果從這樣一種觀點出發,放到下一代水處理廠，那么飲用水處理廠應該是保障水質健康安全的健康工廠，生活污水處理廠應該是能量與物質回收的高質工廠，工業廢水處理廠應該是外化與資源化的循環工廠。這三個工廠在未來的水處理廠當中應該從不同的角度不同的時間展現在我們面前，并且為保障我們生態環境和人體健康發揮越來越重要的作用。
飲用水處理廠應該是水質安全和健康的工廠
隨著信息化的發展和新技術的革命，未來的污水處理廠還應該是在最佳技術和成套裝備支撐下的智能化工廠。首先下一代的飲用水廠應該具備什么樣的特質?它應該是保障水質安全和健康的工廠。然而我們現在面臨著很多的困惑，新問題層出不窮，大家會發現水中的污染物質或者是導致不健康的物質不斷地被發現，同時對水質安全的判斷力非常軟弱，有的時候甚至無法判斷或是根本無法知道水質是否安全，一個標準的缺失，一個技術支撐的短板，這兩條都是導致我們的判斷力軟弱和對問題的解析以及應對能力不足的重要原因。
對于將來會做成一個什么樣的飲用水處理廠這一問題，關鍵是提出的標準要具有剛性的約束力、管理的執行力、安全的判斷力以及與民眾的溝通力，總結起來必須且只有兩個字：健康。如果沒有健康的保證，我們就不可能具有這“四力”，就沒有辦法來使飲用水的技術真正回到它所應該發揮的作用上去。所以下一代的水處理廠的技術判斷可能就依據于這兩個標準：衛生達標的標準、沒有毒性的標準。若將這兩個標準放在一起，它在未來基準研究上會形成一個把現有的指標和毒性指標耦合在一起的新標準，這樣一個新標準會約束我們技術的核心，約束工業的改變，同時也會改變或者是規范管理方式，所以標準是決定技術的根本要素。我們認為未來飲用水的技術方向可能要關注這幾點：首先要保證水在進入水廠之前是清潔的，是可以進行水質改善的(因為進到水廠后需要花更多的代價);其次，在處理工藝上我們絕對不可以追求更復雜、更耗藥、更耗電、更難管理的程度，而是要追求工藝的簡單化、設備的成套化、工藝的整裝化。同時在管理上得有一定的精細管理的條件，且最后都要落實到以健康安全為核心思想上。
污水處理廠應該是能量與物質回收的高質工廠
下一代污水處理廠應該是能量與物質回收的高質工廠。我們不能盲目地追求物質的回收和循環利用，必須在經濟可行的情況下,才能解決可持續的物質回收和能量回收的問題。將來的污水處理廠，應該是一個可靠的供水工廠，是一個自產自用的能源轉化工廠。Perry McCarty 院士在2011年發表在EST上的文章中提出了一個觀點：污水廠可不可以變成一個凈產能的工廠?他認為污水處理廠也應該是一個營養物質回收的工廠，同時還是一個可以進行休閑娛樂的公共場所。2014年Mark院士在其文章中提出污水處理技術的發展來自于兩大驅動力。第一個驅動力就是基本工藝的改革，生物技術的發展必然帶動污水處理、生物處理技術的改革。2005年發表在Science上的一篇文章中講到了未來25個科學突破，其中之一就是生物學。生物學的發展是污水生物處理的一個重大契機，可以預料到第六次科技革命主要是生命科學和物質科學交叉的一種科學挑戰。所以基本工藝的改革和變革一定依賴于生物技術或生命和物質科學相結合的技術。第二個驅動力就是物質循環的需求。這篇文章認為在未來的技術方向上，厭氧氨氧化與好氧顆粒污泥這兩個技術是未來污水處理技術的重要途徑。
預測未來污水處理的技術方向，如果考慮能源轉化、物質回收、環境友好、生態安全這幾個方面的話，厭氧處理技術是一個重要方向。在厭氧處理過程中，要解決兩件事情，第一個是新生物技術的運用，這點在水處理技術中反應比較緩慢。生命技術發展迅速，如果其中的技術能夠運用到水處理上，那會有巨大的技術發展空間。比如電子轉移的問題，如果在水處理過程中，能夠把電子轉移過程進行強化，就會使污水處理的效率大大提升。所以污水處理微觀調控要實現宏觀效果的根本途徑就是電子轉移，如果能在生物技術反應器中找到更好的介體，電子轉移會更加高效，第二個就是好氧技術的優化，未來生活污水處理技術要實現工藝的簡單化、設備化和整裝化，也和飲用水一樣要實現工藝的精細化和智慧化。
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