對話任南琪院士:縱論海綿城市 筑夢綠色科技
近日,中國工程院院士、城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室主任任南琪做客深圳衛(wèi)視大灣區(qū)會客廳節(jié)目,縱論海綿城市、生物制氫,暢想綠色科技之夢。
任南琪院士是國際上最早提出利用有機廢水制取可再生資源氫氣的“連續(xù)流發(fā)酵法生物制氫技術”的科學家;他通過開發(fā)適合我國國情的高濃度有機工業(yè)廢水生物處理技術與設備,解決了制藥、印染、化工等近30個重污染企業(yè)的廢水處理問題,兩次獲國家科技進步獎二等獎。近年來,在任南琪院士的帶領下,團隊深入研究,如何高效利用和科學管理寶貴的水資源。同時,他們還致力于提高城市在面對降雨引發(fā)的災害時的適應性和恢復力,以增強城市的“韌性”和“彈性”。這項工作不僅關乎水資源的可持續(xù)利用,也關系到城市在極端天氣條件下的穩(wěn)健發(fā)展。
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打造“會呼吸”的城市
為內澇與環(huán)境污染找到新出路
任南琪院士說,海綿城市一方面是解決內澇問題,另一方面是解決環(huán)境污染問題。目前,國家有兩項重大需求,一是極端氣候,特別是城市內澇問題,還有消除城市黑臭水體的問題,我們需要結合海綿城市建設解決這兩件大事。海綿城市是新一代城市雨洪管理理念,通俗來說就是城市能夠像海綿一樣,在適應環(huán)境變化和應對降雨災害等方面具有良好的“彈性”。“滲、滯、蓄、凈、用、排”是海綿城市建設的六大核心。其中,“滲”能夠從源頭減少徑流,凈化初期雨水污染;“滯”可以延緩雨水峰值出現(xiàn)的時間,降低洪澇災害;通過“蓄”降低峰值流量,為雨水利用提供條件;“凈”能夠有效降低污染,改善城市的水生態(tài)環(huán)境;“用”,通過合理利用雨水,提升城市環(huán)境品質;“排”能實現(xiàn)城市近零內澇,提升城市的適應能力。
在全球水資源日益緊張的背景下,我國作為世界上人口最多的國家之一,正面臨著嚴峻的水資源短缺問題。盡管擁有廣闊的領土和豐富的水系,但由于人口分布不均、水資源時空分布不平衡以及水污染等問題,中國被聯(lián)合國列為世界上13個貧水國之一。任南琪院士認為:“雨水,甚至是污水都是重要的水資源,利用好,它們就能從城市的負擔轉變?yōu)閷氋F的財富。污水和雨水資源都是非常規(guī)水,它們的開發(fā)利用非常重要。例如,深圳市現(xiàn)有2,000萬人口,每天用水量約300萬噸,日產生280萬噸污水。如果280萬噸的污水有百分之七十到八十作為生態(tài)用水或者工業(yè)用水重新回用,將會節(jié)省大量水資源。”
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海綿城市發(fā)展方向 解決常態(tài)雨情是關鍵
2013年,我國正式提出建設自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”;2015年,國務院辦公廳印發(fā)指導意見,部署推進海綿城市建設工作,并確定了16個城市作為首批試點。目前,我國已在90個城市開展試點示范。近年來,強降雨天氣導致嚴重內澇的情況頻發(fā),其中也包括海綿城市建設試點城市。任南琪院士說,海綿城市要解決的是常態(tài)化的人居環(huán)境問題,什么是常態(tài)化?比如說,百年一遇的鄭州暴雨,如果每個海綿城市建設都按照百年一遇來進行規(guī)劃設計,投資將是巨大的。所以海綿城市建設,我們最初就提出了目標:“小雨不濕鞋,大雨不內澇”,因為小雨和大雨是常態(tài)化的,極端的大暴雨是非常態(tài)化的,并不屬于海綿城市可以解決的范疇。當然,海綿城市可以緩解內澇,但是它絕對解決不了百年一遇的大暴雨。我們對大雨的定義為每天的降雨量為50毫米,而(2021年)鄭州暴雨的降雨量為一個小時200多毫米,這對于海綿城市系統(tǒng)來說是超負荷的。如果想徹底解決暴雨內澇問題,基建的投資是我們國家根本無法承受的。事實上,我們前期海綿城市試點的某些區(qū)域,已經(jīng)可以做到應對每天100毫米的暴雨情況,并不會發(fā)生內澇。而某些區(qū)域,原來是100毫米雨量可能要內澇8個小時,經(jīng)過海綿城市的設施建設后,可能只澇一個小時,這已經(jīng)取得了非常大的進步。我們最初設定的目標,在試點城市都已經(jīng)實現(xiàn),并且取得了很好的成效。
關于歐美寬敞下水道模式是否適合中國?任南琪院士說:“我們要結合我國國情,像歐洲那樣的大排水系統(tǒng),世界上并沒有其他國家是這樣建造的,我們還是需要科學精準的來設計我們國家的排水管網(wǎng)系統(tǒng),這就涉及到基建的成本,這需要大量的資金。如果中國的城市建設是一張白紙,我們也許可以這么做,但我們現(xiàn)在不是白紙。比如深圳市,如果要建寬敞下水道,面臨的不僅僅是資金的問題,整個城市將變成一個大工地,所以我們不能這么做。實際上,老祖宗有很多智慧可以值得我們借鑒,3000年前的殷商時期,殷墟城區(qū)就有污水以及雨水排放系統(tǒng)。公元前六世紀,古羅馬時期也建設了地下排水管道,然而已經(jīng)比中國晚了1000多年。我們的祖先所積累的智慧至今仍具有重要的參考價值,值得我們繼續(xù)借鑒和應用。如濕地、池塘、河流的自凈化,以及故宮排水系統(tǒng),這都是老祖宗的智慧傳承。”
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實驗偶然發(fā)現(xiàn)綠色奇跡
開創(chuàng)生物制氫新途徑
任院士早期的研究方向為污水處理。1990年,任院士在一次實驗中,在自己所發(fā)明的廢水厭氧處理設備中偶然發(fā)現(xiàn)了微生物產氫的現(xiàn)象,于是他大膽地選擇了廢水生物制氫這一國際前沿課題,并于1991年獲得了國家自然科學基金委的資助。經(jīng)過4年的不懈努力和深入研究,取得了生物制氫領域的重大突破。不僅受到了學界的高度肯定,而且有國外公司想買斷這項技術,但是任院士拒絕了,他認為生物制氫專利一定要屬于中國。任院士的導師王寶貞教授非常支持他的決定。任院士深情回憶:“我從我的導師身上學到兩件非常重要的事情。第一,他非常有開創(chuàng)精神,思想活躍。第二,他十分具有愛國精神。長久以來,人們普遍認為科學無國界,然而近年來的現(xiàn)實無疑表明,科學確實存在國界,科學家有國籍,科學本身也不可避免地會受到國界的影響。當前,我國面臨諸多制約因素,包括遭遇抵制以及關鍵技術卡脖子等問題。我們必須要重新思考,科學家該怎么做,從我的角度來說,我需要為中國在生物能源方面做技術的儲備,中國的生物制氫技術具有自主知識產權和國際領先地位,我以此為傲,這也證明其他國家是無法阻止我國生物制氫發(fā)展的,我國的生物制氫技術是能夠走向世界的。”目前,任南琪院士團隊在生物制氫技術領域的研究,為我國農業(yè)廢棄物的處理和節(jié)能減排開辟了新途徑,為推動國家的綠色循環(huán)發(fā)展提供了重要支持。