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院士说 《环境保护》对话吴丰昌院士:水污染防治领域也是降碳的
来源:亚娱体育平台 | 作者:亚娱体育官网入口 | 发布时间: 2022-07-12 20:32:05 | 5 次浏览 | 分享到:

  原标题:院士说 《环境保护》对话吴丰昌院士:水污染防治领域也是降碳的一个战场

  吴丰昌,男,1964年8月出生,于2017年当选中国工程院院士,我国环境基准标准与污染防治专家。1995年在中国科学院获博士学位。现任中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室主任、中国环境科学学会副理事长。

  吴丰昌院士长期致力于环境基准与污染风险防控理论、技术研发与工程实践,在环境基准理论方法、关键技术和工程应用等方面取得了创新性成果,在环境标准制修订、管理制度创建、业务应用和流域环境风险防控工程建设方面发挥了关键作用,推动了我国环境基准领域的发展进程,为提高环境标准制修订和污染控制的科学性、规范性和适用性做出重要贡献。先后荣获国家科技进步二等奖2项、省部级一等奖3项以及国家科技创新领军人才和全国五一劳动奖章;发表SCI论文200多篇,发明专利授权20多项,出版学术专著6部。

  中央、国务院印发的《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》(以下简称《意见》)指出,要以实现减污降碳协同增效为总抓手,深入打好碧水保卫战,并就持续打好长江保护修复攻坚战、巩固提升饮用水安全保障水平以及提高生态环境治理现代化水平,构建服务型科技创新体系,组织开展生态环境领域科技攻关和技术创新等工作提出了具体的指导意见。我国深层次的水环境污染治理存在哪些难题?破解难题的“金钥匙”是什么?带着这些疑问,《环境保护》杂志记者专访了中国工程院院士、中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室主任、中国环境科学学会副理事长、“十三五”水体污染控制与治理国家重大科技专项技术总师吴丰昌。

  《环境保护》:《意见》指出,要深入打好碧水保卫战,请问造成我国水体污染的主要原因有哪些?

  吴丰昌:水环境的问题比较复杂,水体污染与生产、生活等各个领域、各个过程密切相关。不同国家、不同地域、不同阶段面临的水环境问题和挑战有所不同。比如,有的可能是在经济产业结构布局、发展方式上比较粗放,水污染物排放强度大、负荷高等。有的可能是人多水少、水资源时空分布严重不均,导致一些地方水资源短缺、水生态损害、水环境污染;有的是环境基础设施不足、管理措施跟不上。比如,工业和生活污水等管网不配套,雨水管网混接、错接,污水、污泥处置能力不足,固体废物集中收集处置、循环利用不足等。水污染是世界性难题,中国水环境问题的复杂程度、面临的挑战在全世界都无先例可循。就我国当前存在的情况而言,主要原因可能有以下几个方面:

  在经济发展结构方面,我国尚未完成绿色发展方式的转型,重点区域、重点行业污染问题仍然突出。工业、农业以及生活污染长期存在的污染物排放强度大、污染负荷高等问题并未得到根本性解决。生态环境部发布的《第二次全国污染源普查公报》显示,全国水污染物排放中化学需氧量排放量超过千万吨,农业源、生活源对水污染物排放贡献比较大。同时,我国不仅是人口大国,也是能源消费大国、煤炭消费大国、金属矿产消费和化学品生产大国,重点流域和重点区域的污染物排放强度大,产业结构和布局调整任务艰巨。

  在地理气候环境方面,我国地理气候环境先天不足,人多水少、水资源时空分布严重不均导致我国会面临水灾害的难题。随着我国经济社会不断发展,水安全中的老问题仍有待解决,新问题越来越突出、越来越紧迫。“老问题”就是地理气候环境决定的水时空分布不均以及由此带来的水灾害。“新问题”主要是水资源短缺、水生态损害、水环境污染。新老问题相互交织,给我国治水赋予了全新内涵,提出了崭新课题。

  在基础设施建设方面,部分地区环境基础设施欠账较多,生活污水管网不配套、雨水管网混错接、污泥处置能力不足等现象不同程度存在。《意见》提出,加强农业农村和工业企业污染防治,有效控制入河污染物排放。强化溯源整治,杜绝污水直接排入雨水管网。推进城镇污水管网全覆盖,对进水情况出现明显异常的污水处理厂,开展片区管网系统化整治。这些是解决城市黑臭水体问题的关键和要害。

  在水生态环境方面,水生态破坏问题比较突出,水环境风险不容忽视。与国际情况对比,我国在水生态方面的差距明显,已经成为建设美丽中国的突出短板,这一点我们需要给予高度的重视。在制药、化工、造纸等高风险行业企业集聚的沿江、沿河、沿海区域,水环境受体敏感性高,突发水环境事件风险突出。长江、黄河、珠江等重点流域,大量工业企业沿江、河而建,特别是化工园区和重点化工企业环境风险预警体系建设不完善,一旦发生突发环境事件,将对流域水环境造成严重影响,危及饮用水安全。

  除此之外,随着社会发展与人们对健康生活质量要求的提高,水体污染涌现出新的问题。比如,新污染物。这类物质种类繁多、结构复杂,已经有大量的科学研究表明其对生态安全及人体健康会产生危害。然而,目前的环境管理政策、法规或排放标准对大多数新污染物并没有具体规定,现有的污水处理工艺对新污染物去除效果也存在很大的不确定性,亟须加强新污染物的治理工作。

  总体而言,我国深层次的水环境问题尚未完全破解,饮用水安全问题仍然面临挑战,农业面源污染问题还没得到根本解决,水生态修复机理性和基础性研究部署不够,新污染物对人体健康的影响及生态风险日益显现,实现高质量发展仍然存在挑战,特别是在切实保障人民群众生命健康上仍需持续发力。

  《环境保护》:您认为深入打好碧水保卫战的着力点在哪里?“牛鼻子”又是什么?

  吴丰昌:深入打好污染防治攻坚战是一项艰巨而长期的任务,坚持“精准治污、科学治污、依法治污”是总方针,科技赋能、科技先行是不二的选择,这是着力点和“牛鼻子”。

  在精准治污方面,要做到问题、时间、区域、对象、措施“五个精准”;在科学治污方面,要强化对环境问题的成因、机理及时空和内在演变规律的研究,组织开展生态环境领域科技攻关和技术创新;在依法治污方面,要完善生态环境保护法律法规和适用规则,在法治轨道上推进生态环境治理。

  科技赋能、科技先行必须强化创新工作。创新治理和监管方式方法,创新体制机制,创新理念、手段、技术、制度。只有增强创新这个第一动力,只有突破了关键核心技术,水体污染控制、治理和管理才能更加有效,才能切实提升我国水环境治理体系和治理能力现代化水平。

  在创新工作方面,水体污染控制与治理国家重大科技专项积累了大量的成功经验,通过科技创新解决了一批制约我国经济社会发展的水污染重大瓶颈问题。一是通过理念创新、科技创新和体制机制创新,为国家水污染控制和饮用水安全保障提供经济技术可行的科技支撑。例如,通过体制机制创新,深化改革、疏通堵点,更能保障生态文明建设的相关机制顺畅运行。推动生态环境保护的区域化、流域化监管体制与属地监管有机结合,更好地体现水污染防治的统筹性、协调性;构建与生态文明建设进程相适应的监管制度,在加强建设事中监管和事后补救制度的基础上,着力健全事前预防制度,把区域环境风险控制和建设项目环境影响风险控制结合起来。创新管理模式,采取行政管制、市场调节、技术服务、信用管理相结合的有力措施,更好适应新形势下生态环境保护方式的转型需要。二是通过污染机理机制创新,准确掌握我国流域区域水体污染特征、污染源、污染输移规律、河湖污染机理,为水体污染控制和治理提供理论依据。例如,太湖是长江三角洲经济社会发展的重要依托,以污染机理方法为支撑厘清输入、输出与蓝藻水华暴发的原理机理,突破氮磷污染源治理、流域生态修复、湖体生境改善和生态管理等技术方法,可以为“确保饮用水安全、确保不发生大面积湖泛”目标的实现提供有力支撑。三是通过治污理念创新,创新性开展水环境管理技术研究,显著提升了我国水环境管理手段和能力,提升生态环境保护效能。例如,建立以质量改善为核心的水环境管理技术体系,探索形成流域系统治污经验,创新治湖先治河、治河先控污,陆水统筹、“三水”(水资源、水生态、水环境)协同治理的技术思路,为全面实施山水林田湖草沙协同治理和系统修复提供综合解决方案,有力推动流域水质改善与饮用水安全保障。

  目前,我国还面临治理能力不足带来的压力,精准治污、科学治污、依法治污的落实还不到位,对部分生态环境问题的成因和机理研究不够、认识不透,对环境污染的演变规律、传输路径和控制途径等的研究有待加强。基于此,我认为科学与技术创新是破解中国污染治理难题的“金钥匙”,污染治理理念、科技和体制机制的创新融合为水污染控制与治理提供科技支撑,发挥“四两拨千斤”的作用,以便于科学决策,更有力支撑《意见》的实施,科学助力深入打好碧水保卫战。

  《环境保护》:目前我国水污染治理技术与装备处在怎样的一个水平?未来的创新方向是什么?

  吴丰昌:进入21世纪以来,我国全面加大水污染治理力度,开启了重点流域治理和污水处理设施高速发展的进程。特别是在党的十八大以后,更是将生态环境治理和水污染防治提升到国家战略新高度,我国水污染治理技术与装备得到了突飞猛进的发展。总的来讲,我国在水处理、水环境治理和水环境监测方面研制出了一批重大环保装备,突破了一系列具有自主知识产权的关键核心技术,极大地提高了我国环保装备制造业的自主创新能力,在一定程度上打破了依赖进口的被动局面,全面提升了我国水环境治理能力。如此显著成果的取得离不开“水体污染控制与治理科技重大专项”(以下简称“水专项”)三个五年的持续攻关的努力。

  “水专项”是我国第一个系统解决环境问题的重大科技工程和民生工程。“水环境治理关键材料和装备研制与产业化”是水专项八大标志性成果之一,其成果能代表我国水污染治理技术与装备的水平。在水专项实施前,我国环保装备制造业技术创新能力不足,核心材料、关键设备与监测仪器国产化率低,产品与装备严重依赖进口。十余年间,在水专项的持续支持下,我国环保装备制造业突破了三大技术体系(水污染治理技术体系、水环境管理技术体系、饮用水安全保障技术体系)中重点行业水污染控制、城镇水污染控制与水环境综合整治、农业面源污染控制与生态修复、饮用水安全保障以及流域水环境管理五个领域的219项关键技术和86项成套技术。专项研发的成果共获得20项国家级科技奖励、175项省部级科技奖励、18项国际奖励,初步改变了我国水环境治理高端材料装备和水质自动监测仪器严重依赖进口的现状,极大地提升了我国水环保装备制造水平与创新能力。

  在核心功能化材料方面,研发国产化水处理滤膜、MBR膜反应器、反硝化滤池填料、吸附树脂等34项水处理核心材料,并实现规模化生产,国内市场占有率在60%以上。在重大环保装备方面,研制大型臭氧发生器、流化床芬顿反应器、高盐高有机废水MVR蒸发器等127台套水环境治理关键装备。MVR蒸发装备国内市场占有率在50%以上。研发的大型臭氧发生器的价格比同类进口产品低30%以上,其市场占有率达到50%以上。

  在仪器设备方面,自主研制COD、总氮、总磷和硝酸盐等在线水质监测仪器和水质生物毒性分析仪等44台套监测仪器,气相色谱—质谱联用仪(GC-MS)打破国外垄断,价格降低50%。特别是在在线仪器设备方面,改变了十五年前基本都是依靠国外进口的困境。经过三个五年规划的努力,环保产业从以国外引进为主,实现了自主研发并出口。水专项的研究成果推动了我国环保产业的发展。目前我国环保产品装备出口额超亿元,在斯里兰卡、孟加拉国等37个国家被推广应用,我国环保产业的国际竞争力得到了提升。

  虽然水专项在成果转化与产业化推广方面取得了明显成效,但是仍有不少技术成果仅仅是完成了工程示范验证,未来市场潜力巨大。如果能集中攻关,将这些技术进一步开发形成产品装备,可以达到事半功倍的功效。后续第一个着力点可以放在加强水专项产业化平台集群建设与关键技术工艺装备化开发上,使更多成果转化为我国水环境治理能力和环保产业发展。

  对于技术和装备未来的创新方向,必须坚持创新驱动和需求导向,产业必须得到技术的支撑,技术创新必须以产业需求为导向。面向生态文明建设、美丽中国建设、“双碳”战略目标实现的重大国家战略,生态环境保护工作要坚持系统观念,以实现减污降碳协同增效为总抓手,以改善生态环境质量为核心,以精准治污、科学治污、依法治污为工作方针,统筹水资源、水污染和水生态,兼顾资源、能源、生态,促进生态环境质量持续改善。污染治理、节水节能、资源化利用、水生态保护技术和装备是发展方向,技术和装备的智能化、低碳化、绿色化、生态化是发展重点。基于以上考虑,建议重点研究方向可以聚焦在以下几个方面:一是自动化、智能化的水生态监测技术、产品和装备研发;二是更加经济实用的治污技术、产品装备研发;三是低碳、节能、绿色发展的技术与装备研发;四是资源再生、循环利用的技术与装备研发。

  《环境保护》:国务院印发的《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》中还指出要持续打好长江保护修复攻坚战。《中华人民共和国长江保护法》在长江流域生态保护和修复方面发挥着怎样的作用?

  吴丰昌:长期以来,生态保护为发展让路一直是长江流域生态环境保护工作的痛点。目前,城市和工业点源污染的治理任务繁重,城乡面源污染防治形势不容乐观,湿地、湖泊面积萎缩,水生态系统功能失衡,水生态问题突出,新污染物的生态风险与人体健康风险逐步显现。党中央、国务院对于长江经济带永续发展高度重视。2016年以来,习先后三次主持召开推动长江经济带发展座谈会,强调“生态优先、绿色发展”“共抓大保护、不搞大开发”。《中华人民共和国长江保护法》(以下简称《长江保护法》)正是为贯彻落实习生态文明思想和党中央有关决策部署而制定的,对于加强长江流域生态环境保护和修复,促进资源合理高效利用,保障生态安全,实现人与自然和谐共生和中华民族永续发展具有重大意义。

  《长江保护法》作为我国第一部流域法律,是一部全面保护长江流域生态环境、支撑和推动长江经济带绿色高质量发展的“特别法”。一是突出顶层设计、统筹协调。针对长江保护中所面临的部门分割、地区分割等体制和机制问题,坚持系统保护,加强规划、政策和重大事项的统筹协调。二是突出生态优先、绿色发展。坚持自然恢复为主、自然恢复与人工修复相结合的系统治理,妥善协调长江流域上下游、左右岸、干支流的关系,推进山水林田湖草沙一体化保护和修复。三是突出依法严惩、全面担责。将“严”的基调贯彻到《长江保护法》适用的全过程、各方面,严惩重处长江流域生态环境违法犯罪行为。明确划分各级政府在长江大保护上的责任,切实推动各部门和各级政府尽职尽责。

  可以说《长江保护法》是瞄准长江保护痛点专门制定的一部针对性和科学性很强的生态环境保护法、绿色发展促进法,确立了理念,统筹了发展和环境,明确了发展底线,制定了各项措施,建立了评估机制,在促进长江经济带产业结构绿色转型、提升流域人居环境质量、保障长江黄金水道功能等方面发挥着重大作用。

  吴丰昌:实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。我国生态文明建设已经进入了以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。碳达峰、碳中和目标的提出也必将对水污染防治领域形成深远影响。我主要从削减主要碳源排放的“减碳策略”、固定已排放二氧化碳的“固碳策略”以及减污降碳协同增效管理体系等几个方面谈一下自己的认识。

  首先是能源结构调整、产业结构转型、清洁生产改造的“减碳策略”必将导致水生态环境污染特征的改变。二氧化碳的排放源中发电和供热占比45%,工业占比39%,交通占比10%,建筑占比5%,农业占比1%。这几大领域,特别是发电、工业、交通行业将合力聚焦国家重大战略,打造绿色发展高地。例如,推动化石能源的清洁高效开发利用,大力发展风电、太阳能发电和可再生能源产业,提高能源利用效率,坚决遏制高耗能、高排放的“两高”项目盲目发展,大力推动服务业和以信息技术、生物技术、新能源、新材料、航空航天、海洋装备、绿色交通等为主的战略性新兴产业和绿色低碳产业发展。提升产业园区和产业集群循环化水平,推动公共设施共建共享、能源梯级利用、资源循环利用和污染物集中安全处置。推广节能、节水、综合利用资源的先进技术设备,对重点行业进行全面清洁生产改造。污染物排放情况具有行业特异性,与采用的能源、原料、生产工艺、产品紧密相关。面向绿色低碳发展的经济活动对水生态环境的影响需要重新评估,即开展污染溯源和贡献分析、重新确定管控重点和对象,做好适应性调整工作,研发新技术,适应低碳时代的水污染治理和水生态保护。

  其次是吸收并固定大气中二氧化碳的“固碳策略”将极大促进水污染防治提质增效。学术界对固碳方式已有过很多研究,主要分六大类,第一类是利用光合作用生态固碳;第二类是从烟道中收集并固定二氧化碳,制成各类化学品、燃料、藻类等生物制品;第三类是收集二氧化碳气体,用于油田驱油、驱气过程;第四类是收集二氧化碳,制成碳化水泥;第五类是收集二氧化碳后,封存于地层之中;第六类是生物质燃料利用、采伐树木及秸秆等闷烧还田等。后五类技术均需额外耗能,因此固碳工作首先会聚焦生态建设,即采用修复退化的生态系统、保育等措施,增强光合作用并将更多碳以有机物的形式固定在植物,尤其是森林和土壤之中,这也是最重要的固碳过程。在水污染防治各种技术中,生态工程着力于修复并强化生态系统,通过工程措施为生物生长与繁殖提供必要条件,加速污染物的降解和去除。因其经济、高效,生态工程一直是发展的重点方向。水污染防治工作与“双碳”目标方向相同,方法措施相近,必将相互成就。

  再次是国家“双碳”重大战略将催生水污染管控制度的创新。面对新形势,亟需创建以流域为单元、以实现减污降碳协同增效为总抓手、以改善生态环境质量为核心的水环境管理技术体系。完善相关国家水环境监测、评价、监控、预警、应急能力。提高碳排放的监测水平和数据编制方法的标准化水平,并纳入环境影响评价体系和污染排放许可范围之内,建立水量、水质、水生态、碳排放的流域生态系统完整性评价方法、技术,提升减污降碳协同治理的监控、预警、应急能力。构建污染源和碳排放源综合整治体系、健全流域管控机制。在减污降碳“一体谋划、一体部署、一体推进、一体考核”的机制下,依据流域系统性开展生态保护补偿机制建设、产业布局谋划等工作,多措并举助力经济低碳、健康、平稳运行。健全碳排放数据质量管理长效机制,支撑全国碳排放权交易市场有序发展。

  最后是水污染防治本身也耗能,据测算欧美国家城镇污水处理仅电耗就占其全部电力消耗量的1%,算上投加药剂、其他工业废水处理、各类景观水体修复耗能,占比则更高一点。水污染防治领域也是降碳的一个战场。为助力“双碳”目标实现,污水处理技术将有可能出现革新性发展,水污染防治将出现一些新工艺、新技术、新产品。例如,研究表明厌氧环境释放的温室气体总量明显高于好氧环境,化粪池和厌氧反应池排放的温室气体总量占污水排放的温室气体总量的75%,相关技术必将发生巨大改变。同时,用水格局也将发生改变,促进再生水循环利用,减少南水北调水量,降低远距离输水能耗,这都将是未来可能的发展方向。

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