院士論壇丨吳豐昌:“水專項”讓問題水變成放心水
吳豐昌,中國工程院院士。長期致力于環(huán)境基準與污染風險防控理論、技術研發(fā)與工程實踐,在環(huán)境基準理論方法、關鍵技術和工程應用等方面取得了創(chuàng)新性成果,在環(huán)境標準制修訂、管理制度創(chuàng)建、業(yè)務應用和流域環(huán)境風險防控工程建設方面發(fā)揮了關鍵作用,推動了我國環(huán)境基準領域的發(fā)展進程,為提高環(huán)境標準制修訂和污染控制的科學性、規(guī)范性和適用性作出重要貢獻。獲國家科技進步二等獎2項、省部級一等獎5項;獲何梁何利科學與技術進步獎、國際環(huán)境毒理與環(huán)境化學學會政府服務獎、國家科技創(chuàng)新領軍人才和全國五一勞動獎章;2020年獲全國第二屆創(chuàng)新爭先獎狀。
21世紀初,水體污染成為我國經濟社會發(fā)展的重大挑戰(zhàn),這其中,松花江重大水污染、太湖大規(guī)模藍藻水華等事件,讓全社會對水污染問題投入了極大關注。為了徹底扭轉水污染帶來的被動局面,2007年,我國啟動了“水體污染控制和治理重大專項”,系統(tǒng)解決水環(huán)境治理問題。經過10多年的努力,曾經的綠水青山再次回到我們面前。在“水專項”啟動前,我國優(yōu)良水體,也就是一類到三類水體斷面的比例只有55%,而到2022年,全國優(yōu)良水體斷面比例大幅上升至87.9%,劣五類水體從20.8%下降到0.7%;“水專項”啟動前,城鎮(zhèn)供水水質達標率僅為58%,2019年,已經提高到96%以上。是什么重新點亮了江河湖泊的美麗秀色,讓問題水變成放心水?
水體污染控制和治理是一項技術約束型的行業(yè),有極強的社會公益屬性。它不能全靠市場經濟手段,更需要有組織地開展集中攻關,充分發(fā)揮我國新型舉國體制優(yōu)勢。10多年來,我國集中了全國最優(yōu)秀的科研力量,包括300多家科研院所、10多所高校、100多家企業(yè)、4萬余名科技人員,組成了產學研用聯合攻關團隊,探索了完整高效的產學研用合作技術鏈和產業(yè)鏈,邊研究邊應用,大幅提升了我國水污染控制治理能力現代化水平和綜合治理效能。
遍布全國的“眼睛”
水質是水污染治理最重要、最關鍵的指標。水質監(jiān)測,就像環(huán)境保護的眼睛,如何快速準確地實時監(jiān)測,是國家水污染治理和管理的基礎和依據,非常重要。以往我們的水質監(jiān)測,主要是靠人工采樣、手工監(jiān)測,采樣人員經常要跋山涉水去很遠的地方。因為有的河流、湖泊是在深山老林里面,從樣品的采集、運送到實驗室,人力物力投入比較大,監(jiān)測耗時長,樣品也不易保存,所以不能真實地反映實際水質的真實狀況。同時監(jiān)測數據是靠人工報送,數據的實時性和準確性也難以保障,存在著很多監(jiān)管盲區(qū)。經過10多年的產學研用聯合攻關,我們克服了大量科技和標準化難題,取得了重大突破。
一是全國建網。我國從南到北、從東到西,水系是非常復雜的,水質、水量差異非常大,有的地方水很少,有的地方水很多,影響因素又比較多。我們系統(tǒng)地搞清楚了全國流域的水系,結合行政區(qū)域邊界,還有一些重要的污染源企業(yè)的分布以及重要河流、湖泊、水庫的特征,按照國際最新的流域水生態(tài)功能分區(qū)的思路,在全國1835條流域和210個湖庫上重點設置了1837個水環(huán)境自動監(jiān)測站。
二是自動監(jiān)測。建網以后需要解決監(jiān)測哪些指標的問題,我們系統(tǒng)分析了全國不同區(qū)域、不同類型水環(huán)境變化的規(guī)律,篩選提出了9+N,也就是COD(化學需氧量)、氨氮、總氮、總磷等9個指標,再加一些特征指標。9+N的自動監(jiān)測指標體系能夠達到差異化水環(huán)境管理的要求,更重要的是,研制出了適合我國水質梯度的同步自動監(jiān)測儀器。自動監(jiān)測儀器的核心設備實現了100%的國產化,進口儀器原來每個水站需要300萬元,現在國產儀器只需要50萬元,而且性能非常穩(wěn)定。
三是建設平臺。實現了自動監(jiān)測數據傳輸、智能審核、預警預報、智能化管理和調控決策支持系統(tǒng)的一系列關鍵技術。建設了由國家、流域、省級、地市級組成的四級水質自動監(jiān)測業(yè)務平臺,實現了對我國十大重點流域的水質監(jiān)測評價,重點水源地以及跨省界水質管理的預報預警,形成了自動站和信息化建設的系列技術標準。目前每月可審核數據2000萬條以上,可累計產生監(jiān)測數據760多萬條,質控數據和監(jiān)測運行日志達到950萬多條,數據有效率在95%以上。
目前國家水質監(jiān)測網在我國水環(huán)境質量評估、考核、監(jiān)管等業(yè)務化工作中發(fā)揮了非常重要的作用。水質自動監(jiān)測網的建設是我國重大管理需求驅動產學研用合作模式的成功典范,通過業(yè)務運維的標準化,推動形成了自動監(jiān)測的硬件生產、軟件開發(fā)、試劑供應和系統(tǒng)運營等上下游產業(yè)發(fā)展的技術鏈和產業(yè)鏈。到目前為止,帶動了全國一萬多個省、市、區(qū)、縣監(jiān)測預警平臺的建設和上千億元的工程投資。我國自動監(jiān)測網是目前為止世界上規(guī)模最大、功能最齊全、發(fā)揮效果最好的監(jiān)測網,它的業(yè)務化運行在我國環(huán)境保護歷史上具有重要的里程碑意義,標志著我國水環(huán)境實現了統(tǒng)一管理、無死角監(jiān)控、責任垂直落實,水質監(jiān)測實現了智能化和信息化。
讓科研成果實現從“書架”到“貨架”的順利對接
政府與市場協(xié)同發(fā)力,共建智能化水質監(jiān)測網,體現了新型舉國體制強大的動員能力和攻堅克難的巨大執(zhí)行力。長期以來,我國環(huán)保裝備制造業(yè)技術創(chuàng)新能力不足,核心裝備國產化率較低。面對巨大的市場需求,企業(yè)有動力,但是缺乏核心技術;而科研單位的成果又常常局限于“書架”和“實驗室”?萍贾卮髮m椙∏∈窃谡c市場之間架起了一座橋梁,打通了產學研用之間的通道,讓科研成果實現從“書架”到“貨架”的順利對接。水質監(jiān)測網為監(jiān)測和評估全國的水質狀況提供了可靠依據,而臭氧發(fā)生器等高科技裝備的重大突破,則為污水治理提供了技術保障。經過10多年的努力,水專項在工業(yè)廢水治理、城鎮(zhèn)污水治理和飲用水安全保障治理等重點領域一次次取得突破,我國的各類水體質量不斷好轉。
工業(yè)廢水處理是困擾企業(yè)的關鍵性環(huán)保難題,為了幫助企業(yè)解決好工業(yè)廢水處理問題,“水專項”以企業(yè)實際需求為導向,在治理技術、治理效果、治理成本等多個方面設置專項課題進行研究,一步步推動了我國工業(yè)水污染控制技術的進步。經過10多年的努力,我國主要工業(yè)廢水和污染物排放占比平均下降了20個百分點,兩種主要污染物——化學需氧量和氨氮大幅下降了80%到90%,多項技術已經實現了國際領先。
除了工業(yè)廢水凈化,城鎮(zhèn)污水處理也是水專項的一個重要課題。2006年,原國家環(huán)?偩痔岢鲆,污水廠凈化水向重點流域或者湖庫等水域排放時,必須執(zhí)行一級A標準,水體懸浮物、總氮、總磷等物質的含量必須達標。這對于當時的大部分污水處理廠來說,都難以達標,都需要改造升級。當時國內沒有可參照的工程經驗,國際上也沒有成熟的技術方案,如何才能執(zhí)行一級A排放標準,大家心里沒底。因此圍繞一級A提標改造核心技術,我們組織產學研用聯合攻關,選擇了無錫市蘆村污水處理廠作為典型示范,邊研究邊應用,打造出了全國首座一級A提標改造的樣板工程。“水專項”作為國家課題,聚焦我國城鎮(zhèn)污水處理廠改造升級,組織國內多家優(yōu)秀團隊共同攻關,打造了世界領先、成本可控的技術體系,全面達到一級A標準。推動太湖流域成為全國首個污水處理整體達標的區(qū)域,引領帶動巢湖、京津冀、三峽庫區(qū)和滇池等重點流域,開展污水處理提標改造,并進一步輻射至多項國家重大工程。污水處理廠提標改造的技術服務和產品深受市場歡迎,銷售額已突破500億元,帶動了萬億級的城鎮(zhèn)水環(huán)境工程設施建設和效能提升。
水污染治理中最受公眾關注、與日常生活息息相關的,無疑是飲用水。10多年前,我國飲用水的深度處理、輸配技術相對比較落后。曾經某一時段,出現過水龍頭流黃水的現象,應急的處理方法,就是讓居民大量地放水,直到它變清為止。2008年北京黃水問題,就是因為當時北京調用了河北黃壁莊水庫的水。河北來的水和北京的供水水質上有微小的差異,所以使管網管垢中多年已經形成的平衡被打破了,造成部分供水發(fā)生流黃水的現象。我們提出了兩項具有普適性的水源切換管網黃水的預測指標標準,通過這個標準就可以判別水源切換時,管網是否敏感,是否容易流黃水。在南水北調大規(guī)模進京的時候,我們提早繪制了1.5萬多公里長的北京管網黃水風險分布圖,針對判別出來存在流黃水風險的這些地區(qū),和水廠同志一起,制定逐步提高外來水比例的技術方案,過了一段時間,完全切換成新水源。在這個過程中,我們還要同時調節(jié)水廠消毒劑的投加量,對管網末梢的余氯加以控制,達到綜合調控、維持管網穩(wěn)定性的目的。這套技術方法,在南水北調北京受水區(qū)得到了比較成功的應用。目前南水北調來水已占整個北京城區(qū)日供水量的70%以上,沒有發(fā)生過大面積流黃水的現象,有力支撐了南水進京后首都供水安全保障。同時這套技術方法還推廣到其他受水區(qū),如山東的濟南、河南的鄭州等,以及南水北調東中線一期工程。
“產學研用合作駐點”發(fā)揮重要作用
10多年來,“水專項”在長江中下游部署了50多個合作駐點團隊,由科技部、生態(tài)環(huán)境部集結國家百城千縣、萬名專家,實施大規(guī)?萍紟头鲂袆,深入一線,解決長江流域突出的生態(tài)環(huán)境問題。2021年,長江干流一到三類優(yōu)良水體斷面比例為92%,較2015年的73%,上升了19個百分點;國內生產總值達到53萬億元,較2015年增長了73%,實現了生態(tài)環(huán)境和社會經濟的雙贏。新型舉國體制下的“產學研用合作駐點”模式,由政府牽頭、科研院所研發(fā)、企業(yè)落實,與地方治污工程建設深度融合,是一大成功的探索和實踐,在我國典型流域和重點地區(qū)發(fā)揮了重要作用。同時,這一機制在京津冀生態(tài)廊道建設中,也發(fā)揮了重要的支撐作用。
永定河治理中產學研用合作模式就是一個典型例子。美麗的永定河是京津冀三條生態(tài)廊道之一,非常漂亮,是華北地區(qū)非常靚麗的一道風景線。自上個世紀80年代以來,官廳水庫以下常年斷流,水體自凈能力比較差,生態(tài)受損。2016年國家發(fā)展改革委、水利部、原國家林業(yè)局聯合印發(fā)《永定河綜合治理與生態(tài)修復總體方案》。2018年6月,北京、天津、河北和山西四地政府與戰(zhàn)略投資人共同出資組建永定河流域投資有限公司,負責永定河流域的總體治理。生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設部與河北、北京、天津地方政府簽署了部省共同推進實施合作備忘錄,納入水十條績效考核。確立了地方首長和首席科學家負責制,地方是責任主體,對環(huán)境質量改善負責,科學家負責技術攻關和科學目標的完成,企業(yè)負責落地和實施,地方政府負責管理、組織、協(xié)同和配套政策,產學研用各有分工,密切合作。
經過多年的努力,產學研用合作支撐了永定河78個修復工程,總投資在370億元以上,取得了顯著效果。865公里長的永定河,實現了40年來的首次全線通水,媯水河水質明顯改善,世園會周邊8000米枯河重現清流,有效保障了2022年冬季奧運會和北京世園會等重大項目的實施。永定河上游新增水源涵養(yǎng)林面積6.65萬平方公頃,水生態(tài)系統(tǒng)也得到有效恢復。與2007年相比,京津冀三省市,2020年優(yōu)良水體斷面的比例增加了34%,有效支撐實現有河有水、有水有魚、有魚有草、人水和諧,助力了京津冀協(xié)同發(fā)展、雄安新區(qū)、北京城市副中心等一大批國家重大戰(zhàn)略的實施。
為了讓老百姓喝上放心水,10多年來,“水專項”針對黃水、高藻水、嗅味等飲用水的突出問題,研發(fā)出一系列核心技術與設備,構建了從源頭到龍頭的飲用水安全保障技術體系。同時,在太湖流域、京津冀、南水北調沿線等重點區(qū)域,開展了綜合示范和推廣應用。全國城市供水水質抽查達標率已由2009年的58.2%,提高到近年的96%以上,直接受益人口超過1億,惠及人口5億多。
我們趕上了一個非常好的時代,以國家重大戰(zhàn)略和解決問題為導向的產學研用合作和舉國體制,是被證明的非常重要的兩條寶貴經驗。生態(tài)文明建設為產學研用提供了廣闊的舞臺。治水之路沒有終點,未來我們還要繼續(xù)堅持和持續(xù)發(fā)揮新型舉國體制的優(yōu)勢,充分發(fā)揮產學研用合作的疊加效應,為美麗中國建設保駕護航。
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文章刊載于《學習時報》2023年6月28日第6版