8月29日，在“2025上海水業(yè)熱點論壇”上，中國人民大學教授/博士生導師、中國人民大學低碳水環(huán)境技術研究中心主任王洪臣分享了他對水處理技術創(chuàng)新的底層邏輯的看法。

王洪臣

當前，行業(yè)各層面普遍面臨發(fā)展困惑，無論是教育、設備制造還是運營管理領域均如此。有關部門在制定“十五五”規(guī)劃時也感到迷茫。然而，正是在這種普遍困惑的背景下，各種新模式、新思路不斷涌現(xiàn)，新技術層出不窮，技術創(chuàng)新呈現(xiàn)空前活躍的態(tài)勢。

王洪臣表示，近一個月以來，他參加了多場以凝練新技術、探索新突破、優(yōu)化短流程為主題的頭腦風暴會議。這些會議規(guī)模雖小卻討論激烈。當下，環(huán)保行業(yè)應當認識到，困惑往往孕育著創(chuàng)新的春天。過去那種依靠外延式擴張、幾乎無需技術投入即可盈利的時代已經結束，其發(fā)展模式與技術創(chuàng)新關聯(lián)甚微。因此，環(huán)保行業(yè)更應沉下心來，聚焦真正的技術創(chuàng)新，致力提升產品質量，推動技術進步。

01. 找到技術創(chuàng)新的底層邏輯

在當前經濟環(huán)境下，資金約束日益增強，更要求我們通過技術手段實現(xiàn)節(jié)能降耗與成本控制。正是基于這一背景，王洪臣此次旨在跳出具體事務的討論，從更根本的層面談談對水處理技術創(chuàng)新的理解——即水處理技術創(chuàng)新的“底層邏輯”。這一邏輯不僅適用于水處理領域，也普遍存在于各行各業(yè)。若不能厘清底層邏輯，則容易陷入盲目;而一旦領悟，發(fā)展方向便將豁然開朗。

以自然科學為例，其底層邏輯建立在物理、化學、生物等母學科之上。牛頓三大定律是物理學底層邏輯。在該理論提出之前，人們無法解釋蘋果為何下落、風雨何以形成，而定律一旦確立，萬物運行規(guī)律頓時清晰。化學亦然，門捷列夫的元素周期表揭示出物質之間的內在聯(lián)系，使紛繁復雜的化學現(xiàn)象變得有章可循。生物學則在達爾文提出進化論后，展現(xiàn)出物種演化的清晰規(guī)律。

可見，自然科學的底層邏輯是明確而有力的。那么，技術進步的底層邏輯又是什么?

要認識技術進步的底層邏輯，王洪臣認為需從三個方面進行思考：科學、技術與工程之間的關系。科學是人類對現(xiàn)象的認識，而技術是人類在勞動中形成的方法，作為一種認知與方法體系，本身是虛擬的，它源于科學，但必須通過物化——如轉化為設備、產品或具體設施，產生經濟效益，才能具有價值。

王洪臣分析，水處理工藝是為實現(xiàn)水處理目標將若干具有特定功能的技術單元組合起來的流程。真正的水處理工藝技術創(chuàng)新必須符合三個條件：

1、水處理工藝創(chuàng)新必須嵌入新元素

為技術賦予價值必須依靠科學。技術進步的本質，在于將對自然的新認知(如新機制、新算法、新流程)嵌入到技術體系中，物化為設備或工程設施，這才叫技術進步。正因為技術具有“虛擬”的特性，才需通過專利與知識產權予以保護。評估一項技術是否具有創(chuàng)新性，關鍵在于判斷其是否引入了新的科學認知或方法原理。若缺乏此類內核，僅靠商業(yè)包裝，則難以稱為真正的技術進步。

2、水處理工藝創(chuàng)新必須歷經全過程試驗

技術創(chuàng)新的過程須經歷三個必要階段：小試、中試與生產性試驗。

小試在實驗室中進行，旨在深入探索現(xiàn)象、規(guī)律與本質，是技術可行性的基礎驗證。若一項技術跳過該階段，直接進入中試，則該技術往往難以具備真正的突破性。

中試的核心目標，是評估技術的經濟技術合理性，如能耗、藥耗與物耗等關鍵指標，且必須使用真實水質原料、在接近實際應用的規(guī)模下進行。然而目前許多中試未能滿足規(guī)模要求，導致無法準確測算經濟指標，大大降低了其參考價值。例如做曝氣中試，由于水的深度與曝氣效率高度相關，在規(guī)模不足的情況下，中試為滿足水深，實驗池就變成一根“柱子”，難以考察出技術的經濟指標。

生產性試驗則重點考察技術的穩(wěn)定性與魯棒性，即考察技術在真實運行環(huán)境中的適應能力，能否抵抗小試與中試中無法遇到的偶發(fā)性因素的干擾。當前不少國家重大科研計劃要求做成示范性工程，但示范性工程僅側重于技術驗證，卻忽視了對工藝穩(wěn)定性的充分評估，這是遠遠不夠的。這三個階段缺一不可，共同構成技術成熟化的必由之路。

3、水處理工藝創(chuàng)新必須經歷效能評估

王洪臣表示，工藝效能包括效果與效率。在技術研發(fā)過程中需辯證看待“效果”與“效率”的關系，二者往往“摁下葫蘆起了瓢”，效果提升的同時會伴隨效率的降低。例如在水處理領域，符合各類標準的出色的出水水質通常意味著較高的能耗、成本或占地面積。若一項技術宣稱同時實現(xiàn)效果好、占地小、投資低、能耗少，則其背后往往蘊含著具有突破性的新認知與技術原理。否則便可能違背基本底層邏輯，難以自洽。

02.污水生物處理工藝創(chuàng)新的底層邏輯

1、污水生物處理工藝創(chuàng)新要關注MRS綜合平衡

污水生物處理工藝是污水處理過程中對抗負荷沖擊的主力，最近生物技術創(chuàng)新如雨后春筍般涌現(xiàn)。污水生物處理工藝創(chuàng)新要關注MRS綜合平衡，MRS即Mixing(混合)、Reaction(反應)、Separation(分離)。

王洪臣談到，污水生物處理技術的創(chuàng)新始終圍繞“混合-反應-分離”三個基本環(huán)節(jié)展開，然而往往難以兼顧，容易顧此失彼。例如，好氧顆粒污泥和生物膜技術強化了分離效果，但常伴隨反應速率下降，即使通過控制污泥顆粒的大小，提高了反應速率，但也會造成混合效果變差，傳質能力減弱的問題，無法通過小試與中試。

他感慨，雖然這對污水處理行業(yè)而言非常遺憾，但這也是活性污泥法的魅力所在——雖然已應用百年，但活性污泥法卻因其與污染物在曝氣池強烈的混合反應，形成了強大的抗沖擊負荷能力，而被人沿用至今。

當前，在技術創(chuàng)新過程中，行業(yè)往往因顆粒污泥粒徑過小而尋求改進，試圖推動其向好氧顆粒污泥方向發(fā)展，從而實現(xiàn)固液分離。然而，這一過程仍面臨諸多困難，實現(xiàn)穩(wěn)定的顆粒化過程具有較高挑戰(zhàn)性。因此，研究者開始探索基于微生物團聚化的中間路徑，實現(xiàn)固液分離。

需要明確的是，分離作為水處理的核心環(huán)節(jié)之一，早已在膜生物反應器(MBR)中得到有效解決。但膜生物反應器存在能耗較高等問題，因此，當前的研究重點轉向開發(fā)無需依賴超濾膜技術的替代性分離方案。近年來，多種短流程處理技術迅速發(fā)展，不斷涌現(xiàn)新的分離方法。但王洪臣提醒道，懸浮態(tài)工藝與混合態(tài)工藝一直在“反應-混合-分離”三個環(huán)節(jié)中“摁下葫蘆起了瓢”，所以在解決分離問題的同時，不能忽視混合環(huán)節(jié)。

2、菌群性能平衡

在降解有機物過程中，菌群的穩(wěn)定性與降解效率往往難以兼顧。活性污泥法因其污泥絮體較小，具備較強的混合性能;然而，隨著污泥顆粒增大，混合性能將顯著下降。此外，該方法以高濃度土著菌群為主，雖然其穩(wěn)定性較高，但功能選擇性較差，即降解特定污染物的能力有限。值得注意的是，活性污泥系統(tǒng)一旦穩(wěn)定運行，便極難破壞其穩(wěn)定性。盡管目前已開發(fā)出多種高效功能菌群以提高降解效率，卻往往面臨“顧此失彼”的困境：效率提升的同時，系統(tǒng)穩(wěn)定性必然下降。

3、單元與流程

王洪臣表示，在污水生物處理工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化進程中，各處理流程必須明確分工、各司其職，才能實現(xiàn)系統(tǒng)整體效能的最大化。只有各個環(huán)節(jié)精準配合、協(xié)同創(chuàng)新，才能構建高效、節(jié)能且可持續(xù)的污水處理系統(tǒng)。

王洪臣總結，真正的創(chuàng)新是既要、又要、還要，既要效果好，又要效率高，還要碳排放低。這雖然很難，但污水處理行業(yè)仍需以此為方向不斷前進。

編輯： 趙凡