当前所在位置:首页 >> 环保资讯 >> 观点评论

王凯军:技术进步是产品化前提,物化技术可能会大行其道

作者:王馨整理   来源:中国水网   时间:2023-05-06

分享:

“技术的前进方向就是‘三十年河东,三十年河西’,在环境产业大建设时期行业强调生化技术,在如今中小型建设成为主流的产品化时代,以模块化为特征的物化技术有可能将大行其道。” 清华大学环境学院教授、国家环境保护技术管理与评估工程技术中心主任王凯军在“2023(第二十一届)水业战略论坛上”表示。

核心观点

1、从历史发展看产品化是技术发展的必然选择,技术进步是产品化的前提条件,功能的综合性则是产品化的必由之路。

2、污水处理行业追求的目标跟奥运精神非常相近,奥运精神是“更快、更高、更强”,污水处理行业追求“更快的反应时间”达到池容更小、“更高的反应效率”达到更好的出水水质、“更强的反应功能”同时多种功能综合在一起。2021年,奥林匹克格言在“更快、更高、更强”之后再加入“更团结”(together),污水行业恰恰需要“更集约” (together),完全与奥运精神吻合。

3、技术的前进方向就是“三十年河东,三十年河西”,在环境产业大建设时期行业强调生化技术,在如今中小型建设成为主流的产品化时代,以模块化为特征的物化技术有可能将大行其道。

4、功能的集约化和综合化是产品化过程中的必由之路,是技术进步的表现。

5、金科环境希望通过智慧化平台建设,统筹环境产业产品化的过程,“如果行业有人要做这个工作,我希望是环保业界人士去做,如果是‘外行’来做,就有可能像《三体》中的‘水滴’一样,给行业带来降维的毁灭性打击。”

6、广联达的突破经历了“一次创业”和“二次创业”的艰辛,而环保行业还没有这样的颠覆性创新,原因是目前行业上还缺少“leadership”,企业缺少“企业家精神”。

“技术的前进方向就是‘三十年河东,三十年河西’,在环境产业大建设时期行业强调生化技术,在如今中小型建设成为主流的产品化时代,以模块化为特征的物化技术有可能将大行其道。” 清华大学环境学院教授、国家环境保护技术管理与评估工程技术中心主任王凯军在“2023(第二十一届)水业战略论坛上”表示。围绕产品化的话题,王凯军梳理了环境产业的产品化进程以及其团队对产品化进行的探索,提出从历史发展看产品化是技术发展的必然选择,技术进步是产品化的前提条件,功能的综合性则是产品化的必由之路。

微信图片_20230505090548.png

王凯军

01“史前时代”的产品化探索

傅涛在论坛上的发言中提到环境产业自2003年开始了“三个元年”的发展进程。王凯军因此提出,上世纪90年代末无论怎么算都应为行业的“史前时代”。他回忆,1995年左右他在北京环保所任总工,曾带领团队用产品化的思维对污水处理工程进行了一些产品化转型的探索。

以工业废水处理厂投资比例为例,在传统的工业水厂工程项目中,技术单位拿到的技术服务费仅占总投资不到10%,设计费往往只有3%。经测算,如果采用产品设备化的模式,可以使技术单位的收益显著提升,达到合计85%的份额。因此,王凯军团队一直在探索将环境项目中的专有设备、土建转变为产品,王凯军认为,产品化首先要基于具有系统的技术优势,产品化还需要对系统进行分析和分解。

为此,王凯军团队深入研究了在当时很“时髦”的UASB反应器的工艺理论,分析UASB系统的元素组成,尝试将其进行产品化。如选择Lipp和拼装反应器和配套设备将UASB反应器进行产业化、设备化的研究,以及将三相分离器设计成整体设备,并尝试将技术整套打包到产品中出售,为用户提供免费的技术服务。

产品化需要进行标准化设计,在UASB反应器的产品化过程中,团队对UASB反应器进行系列化和标准化的工作,形成矩形UASB反应器系列化表(m³)、圆形UASB或EGSB反应器系列化表(m³)。

经过对UASB反应器的产品化、标准化工作,到90年代末,UASB反应器技术已经应用在全国300多项工程中,EGSB反应器技术应用在全国100多项工程中,成功占领了巨大的市场份额。从UASB反应器的产品化探索结果来看,产品化非常有利于技术的大规模推广。

大市场推动对主体工程产品化的需求

在诸如UASB反应器的产品化尝试过程中也可以看出,大市场可以推动对主体工程产品化的大量需求,王凯军指出,产品标准化设计大规模生产,主要来源于市场对于单一技术产品大量、重复性的需求所导致。

以德国的沼气工程为例。在1990至2000年的10年间,德国沼气工程的数量仅新增不到1000处,其中还包括超过900个城市采用污泥消化项目。自2000年可再生能源法(Renewable Energy Act,EEG)出台后,从2000年到2004年的4年间,德国厌氧消化装置增加了1450处,到2015年,德国新增厌氧消化装置超过9000座,基本上都采用了产品化的方式。

同时王凯军指出,从60年代初期起,德国就开始在大中型城市污水处理厂使用钢筋混凝士结构的卵形消化池而非采用钢体结构,国内外一些观点认为钢结构的池体应用不能长久,混凝土结构才是百年大计,他反问国际一些百年企业如壳牌公司、德士古公司的设备产品都采用的钢体结构,难道他们不考虑百年大计问题,结论肯定是明显的,是人们观念出了问题。

微信图片_20230505091046.png

早期,国内环保企业对产品化的探索

从上世纪初开始,国内一些环保企业也开始了产品化的探索。如鹏鹞环保、合续环境等。

1、鹏鹞环保装备智能制造

鹏鹞环保“装配式”污水厂,企业用两年时间,投入上亿元建立环保装备智能化制造基地,并进行跨领域的合作,实现工业4.0生产。

鹏鹞环保采用PGMI系统,结合大数据、云计算、人工智能,实现“标准化、信息化、智能化”的制造过程,再把其他产品嫁接到生产平台上,实现了从“1”到“100”的产品标准化、服务智能化和装备集约化生产。经过大量资金研发投入后,整个生产车间用5个工人取代了50个工人,加工精度和生产效率均得到了质的飞跃,并形成了很好的企业效益。

“实际上在水务行业的‘史前时代’,我们就提出可以实现‘零工厂、零库存’的产品化生产”,王凯军指出,目前我国制造业的产能大量过剩,如果行业、企业之间可以利用某些企业突出的标准化、智能化制造能力,也许可以解决企业制造过程投入大、缺乏专业度的短板。

微信图片_20230505091122.png

鹏鹞环保标准化厂房

2、合续环境的铝合金装配式水厂

合续环境的装配式污水厂采用铝合金墙板和钢结构为主体装配而成,同时别出心裁的采用方形设计,紧凑立体,并且吨水占地率低。装配式水厂采用构件承插装配,建材级别表面质感,基材涂层多重防腐蚀,标准化的生产,工期短、效率高、质量有保障。

微信图片_20230505091255.png

合续环境装配式污水厂

同时王凯军指出,我国环保企业从国外引进技术进行产品化的过程中,也需要警惕一些成本核算等问题。他提到,曾经某环保企业引进了德国混凝土预制技术,在前期工作都完毕之后,发现产品运输距离在300km以内才能实现经济平衡,且必须要租用厂房和设备,大大的增加了成本,运距合理范围被限制在50km左右。因此可见,如果区域内只有单一项目,不能支承混凝土产品的标准化,产品的大面积推广存在限制。

王凯军表示,总体来说在现阶段,预处理产品、生物处理产品、沉淀分离产品、深度处理产品都可以采用标准化设计,实现工厂化生产、装配化施工、一体化的机电设备以及5D-BIM的信息化建设。

02功能的综合性是产品化的必由之路

“功能的集约化和综合化是产品化过程中的必由之路,是技术进步的表现”,王凯军表示,回看污水治理历史,从1914年左右开始的黑臭河道治理,到20世纪后半叶的富营养化治理,再到21世纪初开始用水回用解决水资源短缺问题,过程中处理工艺在不断的线性堆积,这种像串糖葫芦似的线性叠加,很难与产品化的过程相匹配。

目前,水务行业部分产品可以实现功能的综合性,如MBR工艺将沉淀和反应相结合,好氧颗粒污泥工艺将沉淀、除磷、脱碳、COD的去除相结合,“只有工艺实现了综合性,才能在产品中实现功能的集约,这是产品化的必由之路。”

清研环境和华益德的内嵌式二沉池

华益德的连续流好氧颗粒污泥、清研环境的RPIR工艺实现了沉淀和曝气的功能综合,王凯军表示,这两家企业的内嵌式二沉池,均是曝气与沉淀功能结合的成功案例,可以实现曝气沉淀一体化(不用二沉池),同时提供了沉淀产品模块。

鹏凯环境低碳型装配式污水处理系统

鹏凯环境的低碳型装配式污水处理系统,在更大程度上实现了功能的综合性:一是AO功能综合。外圈氧化沟精准分段曝气技术,实现AO工艺控制,添加MBBR填料,实现同步硝化反硝化;二是曝气沉淀功能综合。内圈沉淀区与好氧区的叠加使占地面积少,混合液自动回流,减少能耗;先进工艺设计实现稳定的好氧反硝化。三是侧流除磷技术。脱氮除磷单元分开,脱氮除磷效率高,解决了传统AAO工艺脱氮与除磷的矛盾。这三大功能综合在“鹏凯圆装配式污水厂”产品中,实现了五化:即产品标准化、设计智能化、生产自动化、管理数字化。

03技术进步是产品化的前提条件

王凯军指出,实际上,污水处理行业追求的目标跟奥运精神非常相近,奥运精神是“更快、更高、更强”,污水处理行业追求“更快的反应时间”达到池容更小、“更高的反应效率”达到更好的出水水质、“更强的反应功能”同时多种功能综合在一起。2021年,奥林匹克格言在“更快、更高、更强”之后再加入“更团结”,污水行业恰恰需要“更集约”,完全与奥运精神吻合。

从历史发展看,产品化是技术发展的必然选择

从历史发展看,在大型氧化塘时代、大型曝气池时代都不可能实现产品化,只有在流化床反应器时代之后才能实现产品化。

以荷兰为例。荷兰提出了一种污水处理技术,希望在未来20-30年中保持世界领先,采用的模块化组件包括电絮凝、DAF工艺、纳滤、反渗透和离子交换法等都是物化技术,并且可以实现集约化的小型设备,实现氮磷回收率提高75%,去除80%医药残留物,污泥产量和化学品用量减少90%。在王凯军看来,技术的前进方向就是“三十年河东,三十年河西”,在环境产业大建设时期行业强调生化技术,在如今中小型建设成为主流的产品化时代,以模块化为特征的物化技术有可能将大行其道。

金科环境的工程“产品化”——“新水岛”水厂

金科环境在本次论坛上发布了 “新水岛”水厂,强调BIM设计、工厂调试、现场组装等产品化过程,王凯军认为,新水岛在智慧化方面有更突出的表现。同时“新水岛”基于BIM系统和双胞胎运营系统的建设平台和管理平台,实际上为行业提供了产业链建设的很好的底层平台。

王凯军总结了环境产业产品和技术的发展脉络,他指出,环境产业的工艺设计阶段是设计院的集成时代,经过技术的进步与升级,产品化阶段是环保企业的时代,通过模式的创新形成装配化的产品、工厂化的生产,最终通过互联网技术的发展,最终形成跨界、跨领域的数字化集成。

“金科环境希望通过智慧化平台建设,统筹环境产业产品化的过程”,王凯军表示:“如果行业有人要做这个工作,我希望是环保业界人士去做,如果是‘外行’来做,就有可能像《三体》中的‘水滴’一样,给行业带来降维的毁灭性打击。”

这种降维打击实际距离环境产业并不遥远。如建筑行业企业广联达,原本从事的业务是建筑预算软件,发展到如今成为一家以“数字建筑”引领产业转型升级的平台公司,先后提出了数字建设整体方案、数字设计整体方案、数字施工整体解决方案、数字造价整体解决方案、数字供采整体解决方案,足以颠覆整个建筑行业。王凯军提出,广联达的突破经历了“一次创业”和“二次创业”的艰辛,而环保行业还没有这样的颠覆性创新,原因是目前行业上还缺少“leadership”,企业缺少“企业家精神”。