前言：這個問題涉及到環(huán)境保護(hù)和污水處理領(lǐng)域的發(fā)展歷程，從原生、起源、進(jìn)化三個角度來探討活性污泥法的極簡創(chuàng)新史。
首先，從原生的角度來看，活性污泥法可以追溯到19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，當(dāng)時的人們開始意識到工業(yè)廢水對環(huán)境的危害，并開始尋找解決方案�；钚晕勰喾ㄔ谶@種背景下應(yīng)運而生，它通過利用微生物降解有機(jī)污染物的原理，將污染物轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，從而達(dá)到凈化廢水的目的。
其次，從起源的角度來看，活性污泥法的起源可以追溯到1914年，當(dāng)時英國人發(fā)明了這種方法�；钚晕勰喾ㄗ畛醯脑O(shè)計目的是為了解決倫敦泰晤士河的污染問題，它通過將廢水引入一個裝有活性污泥的反應(yīng)器中，利用微生物降解有機(jī)污染物的原理，將污染物轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，從而達(dá)到凈化廢水的目的。
最后，從進(jìn)化的角度來看，活性污泥法經(jīng)歷了多個階段的發(fā)展和改進(jìn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，活性污泥法也不斷地進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。例如，現(xiàn)代的活性污泥法通常采用曝氣池和沉淀池相結(jié)合的設(shè)計，通過控制曝氣時間和曝氣量來調(diào)節(jié)微生物的生長和代謝，從而達(dá)到更好的凈化效果。
總之，活性污泥法作為一項有效的污水處理技術(shù)，已經(jīng)經(jīng)歷了百年的發(fā)展歷程。在這個過程中，它經(jīng)歷了多個階段的發(fā)展和改進(jìn)，不斷適應(yīng)著環(huán)保需求的變化。在未來，隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，活性污泥法將繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，以更好地保護(hù)環(huán)境和人類健康。
原生、起源、進(jìn)化，百年活性污泥法極簡創(chuàng)新史
12月12日，“我是產(chǎn)品”牽手上海東區(qū)污水處理廠(以下簡稱“東區(qū)廠”)，我第一次有機(jī)會走進(jìn)自己產(chǎn)業(yè)的百年，走近活性污泥法的百年。
“這個曝氣池，我?guī)煾杆麄兌冀凶髋_閣，我也不清楚到底是什么意思，無從考證了，也許是上海話獨有的語音化過來的，每次聽到總能感受到那一代環(huán)保人的雅致。”何部長邊走邊給我講述著那些不起眼，卻只有我們環(huán)保人才能聽得懂的浪漫。
上海東區(qū)污水處理廠，1923年開工建設(shè)，1926年通水運營，是中國最早的城市污水廠之一，是經(jīng)歷革命炮火幸存下來亞洲歷史最悠久的污水廠之一。解放后于50年代、60年代、80年代、90年代經(jīng)歷五次擴(kuò)建改造，跨越百年歷程，其工藝流程的完整性和構(gòu)筑物的完好性在中國乃至亞洲都很罕見，與其同時代早期的污水廠大多由于種種歷史原因已經(jīng)不復(fù)存在了。
我想“臺閣”可能是融合了租界時期英國人和現(xiàn)代上海人各自浪漫的一個名稱吧。
在曝氣池的東北角，有一個工人辦公休憩的小房間，是與池體共建的三層小樓，高出池體的一層，應(yīng)該就是“閣”意象的來源，它的造型自然沒有外灘建筑群那么豪華，但帶有更貼近于生活的歷史風(fēng)味。
東區(qū)廠開工建設(shè)的1923年，剛好是英國學(xué)者Ardern和Lockett通過實驗發(fā)明活性污泥工藝之后的第10年，可以合理猜測，我面前的這位“臺閣”，大體就是百年活性污泥法最初發(fā)明時的模樣。
我拉住何部長問東問西、點點滴滴，工藝、池體、管道、設(shè)備、儀表，在保存完好但斑駁的遺跡、古物中，尋找100年前活性污泥法的樣子。
這種情感上的紐帶是“我是產(chǎn)品”攜手東區(qū)廠的原因之一。而在此之上，二者內(nèi)容內(nèi)涵之間的聯(lián)系是更值得我們時代環(huán)保人延伸思考：
-
再現(xiàn)歷史，尋蹤未來，在歷史和未來的交匯處，環(huán)境產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新原生態(tài)如何再有突破？
-
技術(shù)博物，產(chǎn)品發(fā)布，在技術(shù)和產(chǎn)品的交集處，環(huán)境產(chǎn)業(yè)的進(jìn)化論，如何構(gòu)建未來高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)生態(tài)？
-
工程時代，產(chǎn)品時代，在工程與產(chǎn)品的交接處，新物種如何破解創(chuàng)新窘境，加速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化？
12月12日，我們將在上海東區(qū)污水處理廠奔赴一場歷史與未來的約會，發(fā)起一個有關(guān)產(chǎn)品化進(jìn)化論的探索，屆時將由東區(qū)廠的見證者給我們講述它的百年過往和變遷。在此前一天，讓我先行一步，到時空中巡游一番，看看活性污泥法還在壯年的一生。
在我的理解里，“活性污泥”四個字已不能算作一個單元工藝名稱。它是一類“根”技術(shù)，在其之上開放的繁茂枝葉，百年后依然占據(jù)著污水處理行業(yè)的主流地位，面向未來的各類概念工廠也都脫離不了它的滋養(yǎng)。
這項技術(shù)的起源，要追溯到一個通過抽水式反應(yīng)器(即序批式反應(yīng)器的前身)處理污水得到高質(zhì)量出水的實驗，研究人員通過觀察分析，認(rèn)為污泥被“活化”了，于是仿照活性炭的名字，將該工藝命名為“活性污泥”。
某種角度說，世界上只有兩種生化技術(shù)。一是生物膜法，最早發(fā)明于18世紀(jì)90時代(以河床礫石上粘附的生物膜作濾池)，一種就是活性污泥法，以此這實驗作為發(fā)明時間，是在1914年。
生物膜法更古老，但在其后的發(fā)展中，活性污泥法以其簡單、穩(wěn)定、易操作、低成本而得到更多青睞，百年里長期扮演著污水技術(shù)的中流砥柱，生物膜法則要一直到現(xiàn)代材料、現(xiàn)代制造的發(fā)展后，才逐漸回歸主流舞臺。
從東區(qū)廠命名為“曝氣池”就可以知道，早期活性污泥工藝的關(guān)鍵在于“曝氣”，但在未成熟前，單純依靠曝氣形成的腐敗和物質(zhì)轉(zhuǎn)化無法持續(xù)，污染物去除的成果無法穩(wěn)定獲得。
1914年，Ardern和Lockett認(rèn)識到懸浮顆粒對于反應(yīng)器穩(wěn)定的重要性，他們“將污水裝入瓶子中曝氣，花費六周完成硝化過程；隨后將上清液排出，保留污泥繼續(xù)加入污水曝氣，硝化作用縮短至三周；繼續(xù)重復(fù)操作直至消化過程縮短至24小時。”
他們的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，在于將曝氣時形成的污泥持留了下來，而不是排出去，活性污泥工藝由此一個“小”動作而正式誕生。
污水處理中生物法之所以長盛不衰，是因為它以適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)，模擬了自然凈化的狀態(tài)，在保證想要效果的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最可持續(xù)�；钚晕勰喾ǖ难芯亢桶l(fā)展，大多都在于這人工干預(yù)的方式和程度。
以當(dāng)下活躍的工藝技術(shù)沿著110年追溯，主要有AO系、氧化溝系、SBR系三大路線。
20世紀(jì)70年代，為了應(yīng)對水體富營養(yǎng)化的問題，Barnard在傳統(tǒng)活性污泥法基礎(chǔ)上，將缺氧和好氧反應(yīng)器完全分隔，污泥回流到缺氧反應(yīng)器，并添加了內(nèi)回流裝置，縮短工藝流程而成為就現(xiàn)在的A/O工藝；后來又在A/O的基礎(chǔ)上加入除磷功能，即是現(xiàn)在中國城市污水廠應(yīng)用最多的A2O工藝。
氧化溝系起源于20世紀(jì)50年代荷蘭Pasveer研究所的“帕斯維爾溝”工藝，后來60年代，荷蘭DHV公司開發(fā)研制了卡魯塞爾(Carroussel)氧化溝，70年代，美國的Envirex公司投放生產(chǎn)了奧貝爾(Orbal)氧化溝。氧化溝最初用于處理小區(qū)污水，后來逐步放大，成為中國城市污水廠另一大主流工藝。
1914年的起源工藝，就是SBR系的雛形，最初采用充-排式邏輯，因操作繁瑣并未獲得重視；70年代，美國的Irvine和澳大利亞Goronszy重新開展序批式活性污泥法的研究，于80年代在印地安那州改建并投產(chǎn)了世界上第一個SBR法污水處理廠。
后來在此SBR基礎(chǔ)之上，ICEAS、CASS、IDEA、UNITANK相繼誕生。
環(huán)保是一個交叉應(yīng)用學(xué)科，在創(chuàng)新中，技術(shù)不是唯一。但如果要選擇一個支撐污水行業(yè)百年發(fā)展的創(chuàng)新要素，“活性污泥法”一定入選。
從過去看現(xiàn)在，百年活性污泥法創(chuàng)造的產(chǎn)業(yè)原生態(tài)，三大路線成長為枝干，物種多樣、充滿活力，雖緩慢悠然，卻從未停止進(jìn)化的腳步。
環(huán)境產(chǎn)業(yè)的本質(zhì)是服務(wù)。由于活性污泥法作為“根”技術(shù)非常牢固，污水處理服務(wù)底層邏輯和污水廠的基本形態(tài)在百年來并未發(fā)生多少次重大轉(zhuǎn)變，也很難發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。
我漫步在上海東區(qū)污水處理廠，也并未發(fā)現(xiàn)什么讓我驚訝的變革感，就連百年前的“華爾溫”水泵也和現(xiàn)代國產(chǎn)沒有什么區(qū)別，一切都顯得那么自然。
歷史在百年廠產(chǎn)生的時空交匯，給我?guī)淼挠嘘P(guān)創(chuàng)新和未來的思考，基于技術(shù)，又不止于技術(shù)。
基于活性污泥法談未來，有兩大公認(rèn)“顛覆性”的可能，一是好氧顆粒污泥，一個是厭氧氨氧化。
以厭氧氨氧化為例思考這種“顛覆”。
1989年，Mulder申請了第一個厭氧氨氧化專利，1997年，Kuenen團(tuán)隊發(fā)布節(jié)點性成果，初步形成其“代謝途徑”的結(jié)構(gòu)性認(rèn)識；2002年，Mark van Loosdrecht推動在鹿特丹Dokhaven污水廠建立了第一個示范工程。
在傳統(tǒng)活性污泥法路徑中，若想實現(xiàn)氨氮由污染物到氮氣的去除，必須經(jīng)由“硝化-反硝化”路徑，過程中所需要足量(過量)的氧源、碳源、占地、停留時間等，是污水耗散范式的惡源。
而厭氧氨氧化則以氨氮和亞硝酸鹽為底物完成轉(zhuǎn)換，在“合適的特定條件”下，可以減少60%能耗、100%碳源、80%污泥產(chǎn)率、90%碳排放。
這個工藝仍處于市場起步階段，好案例時有發(fā)生，但在“可復(fù)制性”上存在很大問題，無法大面積應(yīng)用。他們之所以被期盼為“顛覆”，也不是標(biāo)準(zhǔn)、成本或穩(wěn)定性等技術(shù)本身的創(chuàng)新，而是在于其對污水廠系統(tǒng)和環(huán)境服務(wù)形態(tài)帶來的改變。
2010年，Kartal、Kuenen、Mark攜手在《Science》發(fā)表文章，提出厭氧氨氧化在市政污水主流中應(yīng)用將使污水廠達(dá)成“凈產(chǎn)能”的構(gòu)想，厭氧氨氧化的完整“主流化”，意味著污水脫氮將不再需要有機(jī)物的參與，結(jié)合厭氧技術(shù)的發(fā)展，百年來高能耗、高碳排污水處理結(jié)構(gòu)，有希望徹底改變。
這種以點的創(chuàng)新撬動系統(tǒng)變革的系統(tǒng)思想正在推動產(chǎn)業(yè)突破進(jìn)化。我們身處歷史與未來的交匯，面向高質(zhì)量發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新緊急而必要，但創(chuàng)新發(fā)展的受挫，很可能不是技術(shù)本身的問題，而在于下游“環(huán)境服務(wù)”的固態(tài)化和低值化。
也許我們需要把類似活性污泥法根系周邊的土壤松動松動了？或者我們是否應(yīng)該以服務(wù)形態(tài)的變革為主，反向拉動技術(shù)創(chuàng)新？經(jīng)歷了21世紀(jì)前20年的發(fā)展，環(huán)境產(chǎn)業(yè)內(nèi)生問題成為當(dāng)下最緊要的需求，工程化、模式化掩蓋下的技術(shù)創(chuàng)新步履維艱，需要面向未來構(gòu)建產(chǎn)業(yè)新生態(tài)。
當(dāng)我們談?wù)搫?chuàng)新時，只談?wù)摷夹g(shù)是不完整的。跳出技術(shù)看技術(shù)，最能體現(xiàn)技術(shù)價值的商業(yè)模式“工藝包”通常由兩份子合同組成，一個“技術(shù)服務(wù)”、一叫“集成裝備”，可以理解為本行業(yè)商業(yè)模式設(shè)計必備的兩大要素，前者是價值焦點、后者是價格載體。
“技術(shù)-集成”“服務(wù)-裝備”“價值-價格”的錯配史有至少20年以上了(即我定義的“現(xiàn)在”)，至今仍未完成融合，保持著若合若離的連接關(guān)系。
這“連接”或許就是以小見大、洞悉創(chuàng)新窘境的認(rèn)知基礎(chǔ)。
于是我將它與中國環(huán)保的時間軸合而為一，劃分為“環(huán)境服務(wù)”發(fā)展的四個階段：
-
隔離關(guān)系——裝備為載體
-
加合關(guān)系——工程為載體
-
復(fù)合關(guān)系——模式為載體
-
化合關(guān)系——產(chǎn)品為載體
在隔離關(guān)系下，“技術(shù)服務(wù)”由科研院校、設(shè)計院提供，“集成裝備”由制造商提供，解放后至2000年以前早期的產(chǎn)業(yè)發(fā)展就是在這種貧瘠的隔離土壤中孕育發(fā)展。
用戶對“技術(shù)服務(wù)”的普遍忽視、和其與“集成裝備”的物理隔離是早期環(huán)保產(chǎn)業(yè)雖有拿來主義之便和后發(fā)先至之機(jī)，卻未形成良性產(chǎn)業(yè)化業(yè)態(tài)的根由，這種現(xiàn)象又隨著市場化、資本化的加速加深而根深蒂固為負(fù)面邏輯，至今尚未找到很好的解決路徑。
到2000年前后，駛?cè)肟燔嚨赖某鞘谢M(jìn)程和環(huán)境容量的紅線逼近，政策對規(guī)模提出要求后，“工程能力”成為市場的主流需求，技術(shù)服務(wù)與集成裝備找到了一根連接的引線，工藝包得以孕育，連接關(guān)系走向“加合”，是為“封包”起點。
但工程化時代的“低價格”依然，是與PPP同步另一種“市場化與產(chǎn)業(yè)化”的錯位。
2010年前后，隨著一級A、京標(biāo)A等最嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管的落實，成本、效率、穩(wěn)定性等“技術(shù)”語境成為主流，工藝包逐步觸及所有對“技術(shù)”有特殊要求的場景，技術(shù)服務(wù)的價值通過“模式化”得以大面積識別，終于實現(xiàn)高價化。
“技術(shù)服務(wù)與集成裝備”的模式化封包，將都很“窘迫”的要素兩端捏合到一起，使一個擁有了內(nèi)核完成高價值轉(zhuǎn)換，一個擁有了外殼完成高價格轉(zhuǎn)化。
包進(jìn)去、藏起來的方式雖“高值高價”，卻實際上壓迫了“技術(shù)”健康成長的空間，看似找到了“體面”，卻導(dǎo)向了“失魂落魄”的新窘境。
于是“高值高價”一頭扎入了另一極端，復(fù)雜、易變、脆弱，未完成“傻瓜式”完整封裝的技術(shù)產(chǎn)品需要使用者付出巨大的學(xué)習(xí)成本和運營風(fēng)險，導(dǎo)致客戶在采購決策時必然要把“包”打開，將系統(tǒng)拆分為“設(shè)備清單”，則幾乎每一個配件都顯得那么“溢價”。
技術(shù)解決方案商“中等收入陷阱、中等估值陷阱”也可部分歸源于此。
站在面向未來的當(dāng)下是這過程中的第四階段，我將產(chǎn)品化理解為以上“工藝包”邏輯推導(dǎo)過程的又一步邁進(jìn)，完成由加合到復(fù)合到化合、由工程化到模式化到產(chǎn)品化以后，技術(shù)才能成為完整純粹的技術(shù)，創(chuàng)新的土壤才能重新煥發(fā)新生。
-
在已有原生態(tài)基礎(chǔ)之上的高質(zhì)量進(jìn)階，指向軟、硬協(xié)同的產(chǎn)品化完整封裝；
-
通過產(chǎn)品化實現(xiàn)理想形態(tài)“優(yōu)值優(yōu)價”，像流水線一樣生產(chǎn)服務(wù)，工序化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模經(jīng)濟(jì)，合理降低成本、優(yōu)化投入產(chǎn)出；
-
產(chǎn)品化觸發(fā)優(yōu)值技術(shù)服務(wù)和與優(yōu)價集成裝備的化學(xué)化合反應(yīng)，通過產(chǎn)品化封裝完整承載、系統(tǒng)集成為“機(jī)組”，“服務(wù)”的價值將充分寓于產(chǎn)品和客戶的使用體驗中。
上一個百年里我們以工程化收尾，歷經(jīng)兩次浪潮的高增長，塑造了環(huán)境產(chǎn)品的原生態(tài)；下一個百年里我們以產(chǎn)品化進(jìn)發(fā)，面向未來生態(tài)的高質(zhì)量，踐行著環(huán)境產(chǎn)品的進(jìn)化論；兩個百年的交匯處第三次浪潮中我們這一代環(huán)境人，向新而行，進(jìn)化不止正以屬于我們自己的浪漫譜寫環(huán)境產(chǎn)品的物種起源。
時代環(huán)保人，我們誠邀您相約12月12日環(huán)境產(chǎn)品聯(lián)盟“我是產(chǎn)品”年度發(fā)布會E20水網(wǎng)固廢網(wǎng)平臺全程直播互動期待與您，不見不散！
本期編輯：李丹
統(tǒng)籌：李曉佳
