王凯军:水行业创新与创新的基本规律

2021-01-05 12:55发布

在我国,创新发展排五大发展理念的首位,那么,什么是创新?在水行业,为什么有些技术创新可以被大家快速而广泛地接纳?在企业的创新之路上,需要考虑哪些因素?正处在变革中的环境产业蕴含着哪些创新发展的机遇?2019年3月23日,在“2019(第十七届)水业战略论坛”上,清华大学教授王凯军发表了题为《创新发展与企业的创新之路》的精彩演讲,演讲实录全文共分上下两部分,此为上篇。



关于创新,习总书记曾指出,要把关键技术掌握在自己手里,不能总是用别人的昨天来装扮自己的明天,不能总是指望依赖他人的科技成果来提高自己的科技水平,更不能做其他国家的技术附庸,永远跟在别人的后面亦步亦趋。我们没有别的选择,非走自主创新道路不可。


在我国的各行各业,习总书记所提到的现象比比皆是:引进国外十几年前的“先进”技术,好不容易实现了本土化应用,结果这一技术在国外又完成了新一轮创新,我们接着追赶。要如何打破这样的轮回?“只有创新、创新、再创新。”


王凯军提到,这两年国际上,特别是国际水业,也越来越重视创新。2018年9月,在第11届IWA世界水大会上(IWA World Water Congress),厌氧氨氧化技术和好氧颗粒污泥技术的重要推动者——荷兰教授Mark van Loosdrecht发表了关于技术创新的精彩演讲,他表示,创新是指在实践中成功应用的想法和理念,而发明只是一个注册了ID号的设想。同时Mark认为,创新需要三大驱动力——好奇心、技术挑战和市场需求,这三大驱动力就好比解决通用问题的三步思考法则——WHY, HOW和CAN。


 

Mark van Loosdrecht


会上,王凯军详细分享了他在荷兰的博士师兄Prof.Cees Buisman教授有关创新规律的研究成果。通过研究,Buisman得出水行业创新的第一个基本规律,即水科技技术成果转化是一个长期过程,需要历经应用研发阶段、中试研究、示范工程、早期应用、快速推广、成熟应用六大阶段,而在技术发展的每个阶段,推动发展的主要角色是不相同的。令人遗憾的是,通过案例分析得到的结论是,大多数技术要走完这六个阶段,一般需要11-16年的时间,在风险投资眼里,这个技术要跨越2-3个投资周期,这是很难接受的。


对此,王凯军以其研究组的相关数据为例进行了论述。他提到,在污泥热解设备的研究中,从热分析仪、到小试,两段催化集成、再到移动式热解中试、工程示范等,算下来需要十余年。同样,在管式UV/O3高级氧化技术与设备研究中,从实验室逐步拓展至工程示范也历经了十余年。



众所周知在国内,王凯军教授一直致力于厌氧消化技术的创新与成果转化,而在这一研究方向上,从2009年至今的十年间,他的课题组已累积投入硕士、博士、博士后共计20人次,累计500人/月。“可见,技术创新的投入大、历时长,成果才能显现。”


Buisman教授通过对过滤技术、生物除磷、热水解、SBR等六种水处理技术创新规律的研究发现科技成果转化的重要驱动力,即需求和价值,而这其中,危机(社会需求)驱动,能够将创新推广过程缩短一半。王凯军表示,水处理技术最强劲的发展驱动力是社会需求,而需求又是由危机和认知推动。


以Nereda工艺作为例,好氧活性污泥技术的开发过程,是产学研的完美结合。而该工艺从实验室到工程应用,前后历经20年时间(从1993年到2013年)。


据了解,荷兰代尔伏特理工大学(TU Delft)对好氧颗粒污泥技术的研发工作始于上世纪90年代中期,1999年,Mark发布首篇好氧颗粒污泥的学术文章。2005年与荷兰某公司合作率先推出了基于好氧颗粒污泥中试技术的Nereda工艺。2008年,世界上第一座采用Nereda工艺的市政污水处理示范工程——南非Gansbaai污水处理厂投入运行,效果稳定且出水水质良好。2013年,这一技术开始在商业推广。


他统计了在1998年到2017年20年间,好氧颗粒污泥研究的英文学术文章达到2000篇,中文文章1000篇。假设一个研究团队平均发表5篇文章,可以看到,在国际上同时进行这一研究的机构就达400个。那为什么只有荷兰的Mark成功了?


 


对此,王凯军给出了Mark的答案,Mark认为,学术界的制约创新因素主要有三点,一是受目前发Paper为导向的生存模式制约;二是学术界偏向于让发明长期处于“充满前景希望”的状态;三是舍不得放手,把技术藏在大学里,这样技术是无法成为创新应用的。


所以Mark提出,创新需要桥梁式的人物将学校的知识与生产实践的问题连接起来,形成让工程师、科学家、产品经理和市场更好互动的创新合作模式。


在创新合作模式上,荷兰的经验以博士生为中心的创新、多学科组织创新、企业参与创新、适度规模的创新研究主题和创造高度信任的合作机制。王凯军认为,遵从和利用创新规律,必须以人为本,实现各个参与方的共赢是制度安排,会大大加快创新进程。


回归演讲主题,对于什么是创新,王凯军特别认可管理学大师彼得·德鲁克给出的精辟定义——创新是“使人力和物质资源拥有更大的物质生产能力的活动;如何改变现存物质财富创造潜力的方式都可以称为创新;创新是创造一种资源”。


他提到,创办仅仅十余年的荷兰Wetsus研究院针对科技创新的特点,用科学的管理机制,形成分工明确,相互支撑的创新网络,组织100多家企业,50多位教授,196名博士开展23个主题,62个项目的研发工作。目前,这一研究院已成为世界领先的水处理创新机构,成果转化率达到40%以上,孵化企业27家。有意思的是,这家研究院每年的研发经费仅1500万欧元,其中330万来自于企业。

如果按照彼得·德鲁克的定义来理解创新的话,王凯军认为,我国最大的创新可能是改革开放,因为改革的每一项举措都使物质生产和能力得到增值。而为什么活性颗粒污泥技术能够在过去5年里有50多座污水厂采用了该工艺进行新建或改造,迅速而大范围地被应用,恰恰是因为它确实降低了70%的土地使用,降低了30%以上的污泥处理费用。


企业创新发展的基本规律

德鲁克提出,创新有七种来源,被称之为创新七扇窗,包括意外事件、不协调事件、程序需求、人口结构变化、认知变化、新知识、行业和市场变化等,他表示,要进行系统化的创新,企业需要在每隔半年到一年就打开企业的天窗,看一看外面的世界。 



以德鲁克谈创新七扇窗为例,王凯军提出,创新的第一扇窗是行业和市场的变化。


应用德鲁克的创新机遇分析会发现,我国正处在城市水环境管理重大战略转折期,在水务行业,变化也正在发生。这些变化的市场可以为企业的产品和服务提供机会。这一时期表现为四大趋势:

第一,北方缺水性城市排放标准和地表水质量之间的鸿沟,使得水环境治理从追求工程结果向关注环境效果的转变,即从监控重点污染源到监控河流断面水质的转变;

第二,由于城市工业污染源成功控制,主控污染物的重点主控污染物类型由有机污染控制为主向以氮、磷营养元素控制转变;

第三,水污染控制主战场由点源控制向流域综合整治方面转变,而且今后相当长的一个时期城市面源污染控制将成为重点方向之一。

第四,由被动防治转变为主动生态修复和建设。王凯军表示,特殊地区主动追求与其经济、社会发展相适应的更高的环境质量,水质改善的需求与地表水质量标准成为刚性的不可逾越的红线。 


德鲁克提到的创新第二扇窗是不协调的事件。通过对全国污水处理厂进水浓度情况进行统计发现,55%以上的污水厂COD进水浓度在150mg/L以下,而欧美的COD进水浓度能达到500mg/L多,这是不协调的事件。


数据显示,我国COD的损失率超过50%,也就是说至少有50%以上的COD或者污水没有进到管网里,说明我国的管网存在问题,严重渗漏、破损,或者管网建设不够等,这其中的原因很多。


针对这一问题存在两种驱动力量,一是依靠垄断地位的正规军,也就是国有企业。政府希望实现污水的全收集、全覆盖、全处理,我们知道目前,我国五千多个污水处理厂投入大概在八九千亿,而全国管网现在建了50多万公里,投入了十万亿。所以如果要实现污水和雨水的全收集、全覆盖、全处理,这一投入可能达到十万亿,可以想象,这不是短期内仅仅依靠政府能够彻底解决的。


因此,在这一庞大且周期可能长达二、三十年的市场驱动下,依靠技术获得市场的企业得到了“施展才能”的机会。也只有在这种情况之下,才会考虑技术与技术创新的作用,才会考虑优先序的问题,所谓优先序,就是先最大可能的利用处理厂改造措施,再去考虑末端建设雨水存储和处理设施,Online雨水存储和处理措施、绿色基础设施的作用等。


创新的第三扇窗是认知的变化。以前污水处理更多的想去除污染,现在,国际上公认针对未来的污水处理技术要实现资源化、能源化,实现污水中水资源回用、碳源物质生产能源、营养元素(磷、氮)回收利用等三大目标,这是认知的变化。这个变化,仿佛打开了潘多拉的魔盒,给了我们无限的可能,需要时间去创新。 



大概在十年前王凯军的课题组就开始布局这一新的领域,首先对各种碳浓缩的技术进行了探索,其中最有挑战性的是浓的直接浓缩,通过膜浓缩污水中80-90%COD和悬浮物可以去除,而污水中不达标的仅仅是30-50mg/L的氨氮,针对这样低浓度的污水,王凯军教授向听众展示了多达四种以上的全新的技术路线,有一些内业界成为颠覆性的黑科技已经进入到了中试阶段。


政策引导下的中国环境保护市场   

一直以来,环保市场是政府主导的市场。政府主导的力量有多大?王凯军特别举例道,2016年中央财经领导小组第十四次会议,此次会议提到六件大事,其中有三件大事与产业相关,而这三件大事目前正在激发环境产业的一大潜在市场。


第一,会议强调,加快推进畜禽养殖废弃物处理和资源化…关系农村能源革命…以沼气和生物天然气为主要处理方向,以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向,力争在“十三五”时期,基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。


而随后,国家能源局进一步完善《促进天然气产业化发展的指导意见》,根据《意见》,到2020年生物天然气年生产量和消费量目标达到100亿立方米…到2025年,达到200亿立方米,到2030年,超过400亿立方米。


王凯军表示,畜禽养殖污染已成为农业面源污染主要来源,推动畜禽粪污处理、资源化和沼气发展是产业的第一大利好事件。


第二,在中央财经领导小组第十四次会议上强调,要求普遍推行垃圾分类制度,并提出了“三化四分五原则”的总体思路:减量化、资源化、无害化;分类投放、分类收集、分类运输、分类处理;法治为基础、政府推动、全民参与、城乡统筹、因地制宜。


随着政策的刺激,以及习总书记的号召,这两年,垃圾分类工作突飞猛进,在全国范围内全面铺开,而其中,厨余垃圾的收运、处理将带来巨大的市场空间。王凯军表示,推动垃圾分类、资源化和沼气工程是第二大利好事件。


第三件大事是推进北方地区冬季清洁取暖,关系北方地区广大群众温暖过冬,关系雾霾天能不能减少,是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。要按照企业为主、政府推动、居民可承受的方针,宜气则气,宜电则电,尽可能利用清洁能源,加快提高清洁供暖比重。


针对上述趋势,王凯军总结认为,蓄禽养殖和厨余垃圾处理的主导技术路线都一定是厌氧技术。当前,上述政策打通了产业的任督二脉,任脉是40亿方畜禽粪便的处理,产沼气潜力最少400-1000亿方,督脉是垃圾分类后的厨余垃圾处理,以每人产生0.4kg厨余垃圾计算,产生沼气0.2方沼气,全国每年产生1000亿沼气的潜力,新生市场空间巨大。


 


最后,王凯军算了一笔账,他表示,全国城市污水排放500亿,收费不足1元/吨,运行费不超过500亿/年,而我国生物天然气市场将有可能达到500亿/年,产生价值超过1500亿的运行费用,这一市场一旦激发,比城市污水市场大好几倍。


文章来源:洪翩翩 E20水网固废网  2019-03-30

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