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李經(jīng)理
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西安高新區(qū)錦業(yè)路錦業(yè)時代A3-307室自“七五”攻關(guān)課題之后，我國的厭氧技術(shù)得到了很大程度的發(fā)展，“八五”期間，國家在厭氧技術(shù)方面的投入不斷加大，成功地建立起了一系列示范工程。“九五”的科技攻關(guān)，使得厭氧關(guān)鍵技術(shù)的水平、厭氧設備標準化以及工程應用等問題得到了識別和解決，極大地推動了厭氧工程的應用推廣，截至2014年5月，我國已經(jīng)建立了400多個UASB和EGSB反應器工程，可以說，中國的厭氧產(chǎn)業(yè)化之路已日漸寬廣，那么，這條路上有著哪些標志性的人物和值得回味的故事呢？讓我們將時針回撥，去看看這個時期的厭氧傳承與發(fā)展。本文中的許多歷史資料和珍貴照片，由王凱軍教授無私提供，在此表示由衷的感謝！
在本期雜志《述說產(chǎn)業(yè)化之前的中國厭氧故事》一文中提到，1985年，是一個特別的年份。因為這一年，兩個對中國未來厭氧界影響深遠的人相遇了，“追攀更覺相逢晚，談笑難忘欲別前”。
繼1979年之后，Lettinga和他締造的經(jīng)典反應器UASB已經(jīng)在世界厭氧領(lǐng)域掀起波瀾。遠在大洋彼岸的中國，也經(jīng)歷著這次技術(shù)進步的洗禮。1985年，Lettinga應邀參加在中國舉辦的第四屆國際厭氧大會，這是Lettinga第一次踏上中國的土地。而正是這次訪華，讓這位厭氧大師與中國結(jié)下了30年的不解之緣。這次會議上，他結(jié)識了中國著名的環(huán)境科學家、中國厭氧技術(shù)的第一代開拓者——錢易院士；與此同時，一個叫王凱軍的年輕人闖入了他的視野。
王凱軍教授在博士學位授予儀式上，與Lettinga 教授握手，致謝與傳承
這個鼓起勇氣邀請Lettinga到其單位——北京環(huán)科所（現(xiàn)北京市環(huán)科院）參觀中試項目的年輕人，正是今后中國厭氧技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化的第三代厭氧推動者——王凱軍。其時他正在從事上流式水解池的大規(guī)模示范工程的研究。這項工作和這個年輕人深深地吸引了Lettinga，為此，他甚至推掉了日程中的晚宴，并在后期為王凱軍安排了一個“三明治博士”課程，以便系統(tǒng)地將UASB的知識傳授到中國。結(jié)果眾所周知，這件事情成功了。
自“七五”攻關(guān)課題之后，“八五”期間，國家在厭氧技術(shù)方面投入不斷，成功地建立起一系列的示范工程。這為厭氧污水處理技術(shù)在各領(lǐng)域的應用奠定了良好的基礎，也產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。與此同時，中國的環(huán)保產(chǎn)業(yè)需求陡增。90年代開始，淮河成為中國污染治理的主戰(zhàn)場，1995年國務院頒布了我國第一部流域性法規(guī)《淮河流域水污染防治暫行條例》，淮河走上了依法治水的軌道。
根據(jù)國務院對“三河三湖”水污染治理的總體部署，1996年7月1日之前，關(guān)閉了沿岸所有產(chǎn)量在5000噸以下的小造紙廠。1997年12月31日零點之前實現(xiàn)了淮河流域所有重點工業(yè)企業(yè)廢水基本達標排放。1998年1月1日對依然超標排污的企業(yè)關(guān)停，實施淮河治污“零點行動”。
“零點行動”對淮河沿岸的工業(yè)企業(yè)壓力最大，除了關(guān)停并轉(zhuǎn)一部分，規(guī)模以上的工業(yè)企業(yè)全部接到了環(huán)保的硬性要求，必須建設自己的污水處理設施，一時間淮河沿岸掀起了熱火朝天的環(huán)保建設高潮。（對于“零點行動”，目前行業(yè)開始普遍反思，認為當時的環(huán)保治理手段有違當時的社會發(fā)展主需求，所以行動過后兩年，淮河的污染狀況又恢復到了治理前的水平。對于這個行動的得失，本文不做深入討論。）而厭氧污水處理技術(shù)，無疑在當時面臨著一個突然爆發(fā)的增長。
雖然經(jīng)過十年的探索，中國的厭氧污水處理技術(shù)在研發(fā)和應用方面，已經(jīng)具備了相當?shù)膽靡?guī)模。同時，在政策強力推動出現(xiàn)的市場上，似乎迎來了真正施展拳腳的舞臺。但無疑，挑戰(zhàn)仍很嚴峻，或者說，還沒有真正地做好準備。
國際市場上，UASB及其改進工藝IC，EGSB技術(shù)已經(jīng)占據(jù)了70%左右的市場份額，而這部分份額，又被荷蘭Paques、美國BIOTHANE和比利時BIOTIM三家國際優(yōu)秀厭氧公司瓜分，他們已經(jīng)聯(lián)手完成了數(shù)千項業(yè)績，從設計、建設，到運營均已形成了完備的產(chǎn)業(yè)鏈條，通過反應器、三相分離器和顆粒污泥專有技術(shù)形成了技術(shù)壁壘，并有高校技術(shù)創(chuàng)新體系的緊密支持。再看一組數(shù)據(jù)：在厭氧污水處理領(lǐng)域，僅Paques公司就累積銷售了1000多套三相分離器，產(chǎn)值超過3億美元；且在UASB發(fā)揮核心作用的顆粒污泥的培養(yǎng)和接種方面形成獨立的產(chǎn)業(yè)鏈條。那時，他們已經(jīng)開始出口到各個國家。當時，一立方米含水率70%的厭氧顆粒污泥，進口價格為200美金。而與此強大的產(chǎn)業(yè)鏈條相比，中國當時的產(chǎn)業(yè)技術(shù)還不具備競爭條件。
世界范圍內(nèi)采用厭氧工藝統(tǒng)計
中國厭氧雖然有很大的應用規(guī)模，但產(chǎn)業(yè)技術(shù)仍很薄弱。從事厭氧廢水處理的公司數(shù)量雖然很多，但基本脫胎于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)基因濃厚的土建公司和設備公司。沒有一家企業(yè)能夠像Paques公司那樣，可以綜合科研、工藝、裝備、建設和運營等各要素進行生產(chǎn)組織。供銷式的下單，現(xiàn)場加工設備，建設成本和溝通成本居高不下等現(xiàn)象尤為突出。反應器的建設安裝困境造成了工程啟動安裝的困難。中國當時雖然在實驗室已經(jīng)成功地開發(fā)出了顆粒污泥并應用于示范工程，但距工業(yè)化和規(guī)�；瘧眠�有極大距離。
90年代初，揚子石化PTA的UASB工程上，僅接種污泥方面（應用天津紀莊子污水廠的污泥接種），完成一個系統(tǒng)的反應器啟動（整個廠區(qū)有8個系列），就耗時3個月時間，耗資100余萬元。這對于一項新技術(shù)的應用，無疑是災難性的。最后的結(jié)果也顯而易見，即使是在中國最早開始研究應用的啤酒廢水領(lǐng)域，在處理工程上，國外公司仍然占據(jù)了90%的份額。
這就是“九五”攻關(guān)課題開始之前的產(chǎn)業(yè)狀況。與當時中國的很多產(chǎn)業(yè)狀況類似，國外企業(yè)攜技術(shù)與服務的優(yōu)勢大兵壓境，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)則陷入低端無序競爭，游走在天堂與地獄的分界線上。然而，隨后的發(fā)展卻具有傳奇意味，因為在中國龐大的厭氧污水市場，發(fā)生了一次大規(guī)模的市場分裂——從外資企業(yè)無可爭辯的霸主地位演變成了中外雙雄并起的“兩分天下”格局。中國的技術(shù)應用迅速完成了從第二代厭氧反應器（UASB）向第三代厭氧反應器（EGSB）的轉(zhuǎn)變。那時候，究竟發(fā)生了什么？
1985年，第一次來中國的Lettinga教授與王凱軍教授
把時間倒回到20世紀80年代末期。在1985年Lettinga首次訪華之后的幾年間，我國農(nóng)業(yè)部、沼氣協(xié)會和清華大學等又多次邀請他來華講學。就這樣，這位荷蘭科學家與中國的感情與日俱增，同時也與初次見面的那位年輕人王凱軍日漸熟絡。這幾年，對王凱軍來說，也畢生難忘。因為1985年上下，他有幸成為了中國厭氧技術(shù)的元老級大師鄭元景先生的學生，跟著鄭先生苦心鉆研著城市污水水解（酸化）——好氧生物處理工藝。鄭先生不僅與日本同步地開發(fā)出了接觸氧化法，并在80年代初期，率先促成了UASB在中國的應用，90年代初，他和王凱軍合力研發(fā)的水解（酸化）——好氧生物處理工藝更是污水處理領(lǐng)域的神來之筆。如今，回憶起這位恩師，王凱軍依然十分感慨，他是我國罕見的具有創(chuàng)新思維卻被業(yè)界淡忘的大師級人物。王凱軍曾經(jīng)說，鄭先生在關(guān)鍵時刻給他指明了方向，是他一生學習的楷模。
回到Lettinga和王凱軍的故事。1991年，為了追趕世界水污染控制領(lǐng)域的先進治理技術(shù)，正值而立之年的王凱軍，決定赴荷蘭瓦赫寧根農(nóng)業(yè)大學，師從Lettinga，開始博士的系統(tǒng)學習。他也因此成為了Lettinga唯一一個來自中國大陸的博士生。這個機會，對王凱軍來說彌足珍貴。而這次學習，對中國的厭氧發(fā)展來說，也意義重大。
據(jù)王凱軍回憶，Lettinga教授一直沒有忘記對中國厭氧界的承諾——對發(fā)展中國家的人民開放厭氧技術(shù)。在荷蘭學習期間，Lettinga曾多次親自驅(qū)車帶王凱軍參加他對企業(yè)的咨詢，讓他在現(xiàn)場了解UASB和EGSB技術(shù)。而更戲劇的是，此時的王凱軍并沒有直接從事厭氧技術(shù)的研究，他的研究方向還一直側(cè)重在城市污水處理領(lǐng)域。而現(xiàn)在回想起來，這段潛移默化的影響，在當時的王凱軍心里，一定已經(jīng)埋下了種子，厭氧的魅力也一定已經(jīng)根植進了他的基因里。
1994年，王凱軍從瓦赫寧根農(nóng)業(yè)大學環(huán)境技術(shù)專業(yè)獲得博士學位回國。1995年，他回到了北京市環(huán)境保護科學研究院工作，擔任副總工程師。時間走到這里，王凱軍在中國的厭氧故事其實還沒有正式開始，直到“九五”環(huán)保攻關(guān)到來。
2015年6月，王凱軍、左劍惡與lettinga教授在荷蘭
“九五”期間，由王凱軍、左劍惡、賀延齡和山東十方公司組成的第三代厭氧研究團隊，開始了UASB工藝的反應器設計、三相分離器、布水等關(guān)鍵技術(shù)、顆粒污泥培育等課題的科技攻關(guān)。結(jié)果令人震撼，課題組不僅識別和解決了反應器工程應用的問題，還推動實施了UASB等厭氧反應器的工程應用推廣。彼時，以王凱軍為代表的第三代厭氧團隊在業(yè)界聲名鵲起，也帶來了厭氧技術(shù)在中國的跨越式進步。那么，他們到底做了什么？
首先，課題組所有的科研人員和參與企業(yè)，對之前所有的UASB工程應用案例進行了梳理。他們并結(jié)合實驗室的研究成果，對重點應用行業(yè)的反應器在溫度、動力學、流態(tài)方面給予明確。與此同時，他們還對反應器、三相分離器、布水系統(tǒng)和沼氣收集利用系統(tǒng)等核心部件進行了數(shù)據(jù)化描述。這為下一步lipp罐三相分離器不銹鋼布水器ABS布水器產(chǎn)業(yè)化奠定了理論基礎。
lipp罐
第二步是反應器的改良。當時，UASB反應器的施工普遍采用鋼筋混凝土。而鋼結(jié)構(gòu)雖然在80年代的歐洲已有應用，但根據(jù)Paques公司的經(jīng)驗，厭氧反應對鋼材質(zhì)的腐蝕比較嚴重。同時，由于碳鋼板的加工難度較大，所以他們在后期的工程里就放棄了。鋼筋混凝土的施工方法能夠保證反應器耐腐蝕，有較長的使用年限，但也拉長了施工周期。同時，厭氧技術(shù)普遍應用于工業(yè)廢水處理，場地也會隨著企業(yè)發(fā)展經(jīng)常發(fā)生變化�；炷翗�(gòu)筑物的搬遷，又是不可能實現(xiàn)的。這時，一種新型的施工工藝——lipp罐進入了課題組的視野。lipp罐施工進度快，周期短，施工方便，所用鋼材僅相當于混凝土罐鋼筋的重量。與此同時，該材質(zhì)還節(jié)省材料，自重輕，在軟土地基地區(qū)可節(jié)省大量的地基處理費用等特點。因此，該技術(shù)非常適用于大型罐體的建造。通過lipp罐的應用，反應器主體的成本下降到了鋼筋混凝土工程的40%。
ABS布水器
第三步則是三相分離器和布水器的標準化設計和制造。因為lipp罐只能實現(xiàn)圓形池體的建造，“圓形”框定了后續(xù)設備的構(gòu)型。結(jié)合之前的研究成果，王凱軍課題組重新設計并規(guī)范了三相分離器的設計參數(shù)。并在此基礎上繼續(xù)深入研究，結(jié)合不同規(guī)模的工程設計成標準化的三相分離器。他們通過與各家供應商的協(xié)商，創(chuàng)新性地應用供應鏈管理方法，實現(xiàn)了將組成模塊的標準化設計。這樣以前需要在現(xiàn)場進行加工一到兩個月的三相分離器，只需要幾天時間就可以組構(gòu)安裝完畢。此外，他們還重新設計布水系統(tǒng)，并將布水器設備化標準化。應用水解酸化布水器的成熟技術(shù)，實現(xiàn)了設備化和標準化生產(chǎn)。
三相分離器
通過這樣系統(tǒng)的梳理，UASB技術(shù)從之前單獨施工、現(xiàn)場制作，變成了流水線生產(chǎn)、標準化施工、現(xiàn)場模塊拼裝，成功將施工周期從之前的半年到八個月，快速降低到一個月之內(nèi)。用現(xiàn)在的話說，這是一次頗具互聯(lián)網(wǎng)思維的產(chǎn)業(yè)變革。一方面，工程和裝備的標準化，充分應用了當時先進的技術(shù)和管理工具，成本大幅降低，施工周期大幅縮短，質(zhì)量有了整體保障，契合了當時中國集中爆發(fā)的環(huán)境治理需求。自此，國產(chǎn)化裝備終于可以在同一個維度上與外資企業(yè)一較高下了。另一方面，反應器的標準化，大大節(jié)約了科研時間。廣大科研人員終于可以不用在反應器與設備的改良上耗費更多精力，從而解放出來更多地專注于工藝和污泥性狀改良的研究。這為后期厭氧技術(shù)的快速發(fā)展解除了束縛。
不銹鋼布水器
試想，在行業(yè)還在混沌初期，一個用這套技術(shù)體系和裝備體系武裝起來的企業(yè)，會具有多么大的競爭力與殺傷力。十方公司開始在最熟悉的食品領(lǐng)域發(fā)力，一時所向披靡，兩年時間即獲得了淀粉行業(yè)90%的市場份額。而此時，在UASB產(chǎn)業(yè)化的最后一環(huán)——顆粒污泥的產(chǎn)業(yè)化，也具備了基礎和條件。
如果不解決UASB厭氧顆粒污泥的快速培養(yǎng)和應用，UASB技術(shù)的快速推廣應用就無從談起。而前期一系列淀粉項目的獲得，為顆粒污泥培養(yǎng)基地的建立打下了良好基礎。顆粒污泥往往產(chǎn)生于高濃度進水過程中，而淀粉行業(yè)的廢水雖然生化性較好，但普遍濃度不高。這時，王凱軍課題組的舉措則很有系統(tǒng)論的意味。他們通過將高HRT低進水濃度加回流稀釋的方式，研發(fā)了一套有效的方式快速培養(yǎng)顆粒污泥。一般來說，每個厭氧污水處理項目都包含一對或數(shù)對反應器，這樣完全可以通過提高反應器的有機負荷而令反應器產(chǎn)生大量的顆粒污泥。根據(jù)當時的數(shù)據(jù)測算，一個日處理規(guī)模6000立方米的淀粉廢水項目，一年可產(chǎn)生2000立方米的顆粒污泥，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益400萬元。利用十方在山東獲得的一系列淀粉食品處理項目，課題組成功建立起一系列顆粒污泥的培養(yǎng)基地，進而輻射到其他行業(yè)和其他地區(qū)。
至此，在第三代厭氧團隊的不懈努力下，UASB技術(shù)在中國，已經(jīng)成功從“反應器”演化為“產(chǎn)業(yè)鏈”，并借助整個產(chǎn)業(yè)分工與協(xié)作的力量，在工藝上實現(xiàn)了快速突破。在反應器標準化實施和應用之后，廣大的科研和工程技術(shù)力量開始有空間集中精力突破關(guān)鍵問題，很快在有機負荷方面出現(xiàn)了可與荷蘭媲美的進展。
在EGSB領(lǐng)域，十方和帕克兩家公司后來基本平分了國內(nèi)市場。2009年，王凱軍教授和十方董事長甘海南在西安開會期間，向Lettinga系統(tǒng)介紹了中國厭氧發(fā)展的歷程。Lettinga教授表示，十方公司的工作目前是世界上最大的和成功的厭氧技術(shù)的推廣者。
2015 年，Lettinga、王凱軍等人在濟南餐廚厭氧工程現(xiàn)場
數(shù)據(jù)顯示，截至2014年5月，王凱軍、左劍惡和山東十方公司組成的團隊，已經(jīng)在中國建立了將近400多個UASB和EGSB反應器的工程，厭氧技術(shù)在中國的產(chǎn)業(yè)化之路也因此越走越寬廣。
從這個十幾年前的故事，我們可以感知到什么？首先，這件事提供了一個后發(fā)優(yōu)勢的案例。后發(fā)國家完全可以通過充分整合先進技術(shù)，加上對工藝的理解，利用本國剛剛興起的市場，以更快的速度趕超前人。山東十方公司是中國厭氧故事一個閃亮的角色，因為他擔負起了特定時期的歷史等待的那個角色；而世界范圍內(nèi)其他成功的厭氧公司，如Paques，BIOTHANE，無一不是成功協(xié)同創(chuàng)新的受益者。中國科學技術(shù)大學俞漢青教授曾經(jīng)在《環(huán)保產(chǎn)業(yè)》撰文指出，環(huán)保產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新動力在于高校。這對于目前不斷推動“企業(yè)是創(chuàng)新主體”的中國來說，尤其值得注意。
與荷蘭故事相似，這次成功自然也有強烈的個人色彩。故事的主角王凱軍教授可以稱得上承上啟下，銜接中西，創(chuàng)新未來。他師承Lettinga和鄭元景兩位大師，兼?zhèn)鋵χ袊F(xiàn)狀和國外先進技術(shù)成果的深刻理解，才能夠在那個特定的歷史時期，在特定的技術(shù)領(lǐng)域，做出特定的選擇。他大膽創(chuàng)新，攻堅克難，才能在“九五”攻關(guān)中提出了設備標準化這樣極大促進了厭氧發(fā)展的戰(zhàn)略性思想�？梢哉f，荷蘭UASB的成功誕生和世界范圍的迅速推廣，與中國的跨越發(fā)展，也是特定創(chuàng)新基因的一脈相承。
與始終精耕細作在高濃度有機廢水處理領(lǐng)域的Paques公司不同，作為一家成功的中國本土環(huán)保企業(yè)山東十方公司已經(jīng)將厭氧技術(shù)拓展到垃圾處理、固廢處理等多個領(lǐng)域，并投資了多個項目，轉(zhuǎn)型成為了一家以沼氣生產(chǎn)、利用為主營的能源公司。中國的環(huán)保企業(yè)，似乎總逃不掉“科技—資產(chǎn)—資本”的發(fā)展路徑，這其中的得失，又是一個值得書寫的篇章。