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水行業技術創新的三個類型:“兔、馬、象”


幾乎在每個行業,創新的傳播都依舊是一個巨大的挑戰,這其中包括了新政策和技術的傳播。在水行業,創新技術需要克服什么障礙才能獲得成功?

在世界水大會上,國際水協高級副主席Sudhir Murthy博士則從大型公共事業部門的角度出發,指出污水廠有不同的資產類型,有不同的創新周期。管理人員引入新技術的時候,要將這因素考慮在內,并最終成功完成污水廠的升級,即用更少的能源和資源處理更多的污水。

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IWA高級副主席Sudhir Murthy博士

Sudhir Murthy博士目前是一家新成立的清潔技術公司NEWhub的首席執行官。該公司幫助公用事業單位和水務公司管理內部創新流程并將新技術商業化。在此之前,他在美國華盛頓特區水務公司DC Water擔任創新總監,負責新技術的開發、應用和商業化,這些技術總價值近10億美元。

三個層次的水創新

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在報告開頭,Murphy博士首先用一組比喻來定義不同類型的水創新,他將水技術分為三類:大象、馬和兔子。

“大象”指的是那些鋼筋混凝土的水務資產,例如大壩和污水處理廠的反應池。這些技術具有持久性,雖然技術醞釀可能長達10年,但它可以持續用上100年,不會輕易過時。它們需要很長時間才能進化,因此它們的創新周期也大不相同。

“馬”指的是機械設備,例如泵、電機、攪拌機和格柵等。就像馬一樣,這些設備的壽命一般在20-25年左右。

“兔子”指的是那些傳感器、分析儀器、人工智能、手機應用程序等一些智慧水務技術。我們一般稱這些技術為“后工業革命”的產物,其準備時間可以快至數月,而且幾年后就會過時,就像我們的手機一樣,很多時候用不過5年。

水務公司的人經常會將這三類資產混淆:有時錯將“兔子”當做“大象”,有時錯將“大象”當“兔子”,錯誤估計可以實施投產的時間。目前水務公司的采購制度往往沒有與時俱進地管理好這三種不同的“動物”。而目前的激勵機制,例如專利法規,往往只是針對那些“馬匹”——因為專利年限一般在20年,卻并沒有為“大象”和“兔子”訂制的保護法規。

如何才算一名稱職的水務公司創新經理呢?Murphy博士表示創新經理要做的是就將這三種類型的資產技術融合到一起,作為一個整體來運作。只有將這三類資產聯系到一起,才能更好地體現技術創新的價值。

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污水處理密集化

Murphy博士接著談到了污水處理的密集化趨勢。他說如果你新建一座污水廠,你往往希望它比現在的工藝技術占地面積更小、能耗更低、處理能力更強、功能更多。他稱這種概念為“密集化”(intensification)。密集化概念意味著要將工藝壓縮濃縮,Markvan Loosdrecht教授提及的MBR工藝就是一個典型例子。在過去十多年里,Murphy博士和他的團隊在DC Water研究的內容就是如何在空間和能耗之間找到交匯點——在更少的空間內用更少的能耗處理污水。

他認為傳感器和智能系統的引入是十分關鍵,而污水處理要實現真正的密集化,需要改善限制工藝表現的那些物理因素。他說DC Water在水創新上花費了超過10億美元,每一個新技術的采納都跟物理因素有關。傳感器和工藝控制能幫助運行團隊和決策層更好地理解這些物理因素,從而找到技術契合點。

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DC Water的Blue Plains污水廠

他認為污水處理的密集化進程有三大主題,包括了物理因素的改善、傳感器控制和生物選擇。他之前帶領的團隊的工作本質是將這三者的整合。他隨后舉了幾個基于物理創新的例子,例如熱水解解決的是污泥的粘度問題,污泥脫水涉及的物理問題則包括絮凝、重力、可壓縮性等,厭氧氨氧化菌可以通過旋流分離器或者篩網格柵選擇性地得到富集。當弄懂這些物理問題之后,污水廠的處理能力能得到大幅提高,升幅可達100-200%。

橫向創新

Murphy博士說,基于物理因素的創新有一個重要特點在于它是一種橫向創新,而不是垂直創新。在垂直創新的模式里,因為環環相扣,所以一個過時的部件可能會推遲整個設備或技術的更新換代。而橫向創新的思維模式更適合水處理行業:因為反應池、機械設備和智能儀表有著不同的生命周期,因此應該對它們采用不同的發展步伐。也只有這樣才能幫助我們了解水行業的創新內涵,而不是像過去一樣只會抱怨水處理創新速度整體偏慢。

他以inDENSE?技術為例做了進一步闡述:inDENSE?是DEMON厭氧氨氧化工藝使用的水力旋流器(hydrocyclone)在生物除磷、改善污泥沉降性能、提高處理能力方面的延伸應用。它對二沉池排出的污泥進行篩選,將沉降性能好的污泥顆粒回流到生物反應器中。在不改變原工藝的條件下(如傳統的連續式活性污泥工藝),inDENSE?大大提高污泥體積指數(SVI)的表現,無需新增二沉池就能解決混合懸浮固體沉降性差的問題。在Murphy博士看來,inDENSE?的一大優點就是可以與垂直方向的各種其他工藝相結合,包括SBR、IFAS、MBR以及最常見的A2O工藝,而且適用于不同的處理規模。

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開放合作

Murphy博士表示他同意Mark van Loosdrecht教授的觀點,也就是“創新需要讓工程師、科學家、產品經理和市場更好地互動”。DC Water所做的每一項技術創新和商業化都有學術界和工業界參與合作。這些項目實際上都是各方合作的成果,而不是大家所談論的線性模型,后者是行不通的。在過去16年的時間里,有約80名博士和碩士生在DC Water的污水廠進行他們的學位論文工作。他們的研究創新成果在Blue Plains這樣的大型污水廠得到實施應用。除了和高校人才合作之外,DC Water還有各種創新工藝的示范項目和商業化項目的,而且不僅僅局限在美國,他們希望這些新技術最終能在全世界得到傳播應用。

彌散式創新

Murphy博士這次報告所在的分會場主題為“創新的擴散”(diffusion of innovation)。但他表示,相比“擴散(diffusion )”他更愿意使用“彌散(dispersion )”的感念。擴散(Diffusion)是沒有外界干擾的分子自由運動,太過緩慢。他認為水創新需要的是彌散作用(dispersion of innovation),就是有外力推動的創新,尤其是由人推動的創新。

以全球經濟的發展進程作參照,Murphy博士說當今幾乎所有推動世界GDP增長的因素都是由人力資本驅動的。世界經濟的轉折點始于17世紀——1624年英國通過的《壟斷法》使知識產權作為一項私有的權利,被稱為“世界第一部現代專利法”,它大大促進了人們的創新潛能,特別是各種無形資產的創造發明。他認為“工業革命”一詞其實并不恰當,這是將事情去個人化(depersonalized)了。而實際上這個過程是科學家和工程師的革命,因為變革是由這些人驅動的。而在今天這個后工業革命時代,社會對科學家和工程師的需求只會有增無減,引用標準普爾500指數的數據,目前無形資產的估值已經占市場總額的80%,他表示人力資本的管理將變得日益重要。

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Murphy博士指出目前水務公司大多還停留在“發現一個問題--解決一個問題“的工作模式。這使得世界各地的水務公司充斥著各種“一次性案例”,大家都稱自己開發了一個很好的技術或方法,但也就止步于此。他認為一個完整的創新周期應該包括以下7個階段。而要經歷這個完整的過程,需要有各種外力的推動,這就是彌散式的創新。

發現問題

解決問題

理念總結

注冊知識產權

開發設備

構思技術

形成完整的解決方案

最后Murphy博士引用了麥肯錫(McKinsey)咨詢報告中的一張圖片,指出全球經濟重心一直在移動,而過去十幾年世界經濟格局的變化速度是有史以來最快的。 從20世紀80年代中期以來,這重心快速地從歐美移向亞洲。他注意到創新的彌散作用在亞洲更顯著,很大程度是因為那里有需求--人口增長和經濟的發展讓他們對生活有更高的要求。

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小結

對大部分人來說,可能一輩子都不知道污水處理是怎么一回事,而Murtphy博士在六歲的時候就已經和水行業結下了緣分,他父親當時在印度參與一個污水廠的建造項目。多年過去,他對水創新的熱情依然不減。“成為一名訓練有素的水處理工程師讓人身心愉悅,因為它意味著每天都對環境做出正面的貢獻”。希望Murphy博士的演講也能啟發更多的水處理同行走上創新之路。

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