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中國(guó)給水排水戰(zhàn)略聯(lián)盟 (309位行業(yè)代表了)
中國(guó)給水排水戰(zhàn)略聯(lián)盟
2014年曲久輝院士對(duì)中國(guó)環(huán)境技術(shù)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專(zhuān)家:
大家上午好!
中國(guó)科技正在發(fā)生變化,環(huán)境科技也會(huì)隨之而變。我們?yōu)槭裁匆芯凯h(huán)境科技?我認(rèn)為解決問(wèn)題是其核心驅(qū)動(dòng)力。解決中國(guó)環(huán)境問(wèn)題,第一生產(chǎn)力應(yīng)該是管理,第二或第三生產(chǎn)力才是科技。但是,如果沒(méi)有好的技術(shù)支撐,就不可能有好的決策,也不可能有好的管理。而帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展的一定是產(chǎn)業(yè),所以我認(rèn)為此次在宜興召開(kāi)2014(第二屆)中國(guó)環(huán)保技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)會(huì),對(duì)于推動(dòng)中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
水處理技術(shù)的變革
在過(guò)去的一百多年,世界發(fā)生了天翻地覆的變化,而其中經(jīng)歷最痛苦的變化就是環(huán)境污染。于是,在一百年前人們就開(kāi)始創(chuàng)造著如何保護(hù)我們環(huán)境和健康的新技術(shù)。2010年,美國(guó)工程院將城市飲用水處理工藝評(píng)為20世紀(jì)對(duì)人類(lèi)社會(huì)貢獻(xiàn)最偉大的工程技術(shù)成就之一。大家知道,在環(huán)境領(lǐng)域中有諸多里程碑的事件,比如1902年發(fā)明的氯氣消毒,1894年發(fā)明的Fenton水處理法,1914年發(fā)明的活性污泥法,處理原理無(wú)法表達(dá)水中的物質(zhì),我認(rèn)為COD的發(fā)展是一項(xiàng)重大的發(fā)明。但是,回顧一百多年的歷史,中國(guó)在此歷史長(zhǎng)河中扮演了什么角色?中國(guó)的環(huán)境技術(shù)到底處于什么樣的水平?什么是環(huán)境技術(shù)發(fā)展的主流方向?
中國(guó)生態(tài)環(huán)境技術(shù)評(píng)估
最近,我們開(kāi)展了中國(guó)環(huán)境技術(shù)預(yù)測(cè)研究,涉及三大方面,包括生態(tài)修復(fù)、水污染控制、大氣污染控制、土壤污染控制等在內(nèi)的15個(gè)子領(lǐng)域,得出一個(gè)基本結(jié)論:
1.中國(guó)的環(huán)境技術(shù)的發(fā)展起步比較晚,但是發(fā)展迅速。
我國(guó)環(huán)境問(wèn)題是在近30年才集中出現(xiàn)并被社會(huì)公眾所關(guān)注,環(huán)境技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 2000年以來(lái),我國(guó)環(huán)境技術(shù)快速發(fā)展,特別是近5年來(lái)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。國(guó)家環(huán)保法規(guī)的實(shí)施以及國(guó)家在本領(lǐng)域科技投入持續(xù)增大,是環(huán)境技術(shù)快速發(fā)展的重要推動(dòng)力。
2.起點(diǎn)高,但距國(guó)際領(lǐng)先水平仍有差距。
中國(guó)環(huán)境研究雖然起步較晚,卻緊跟國(guó)際前沿,形成了較全面的研發(fā)布局。但是,也要承認(rèn),同國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家領(lǐng)先水平相比,我們?nèi)杂泻艽蟮牟罹。中?guó)的環(huán)境技術(shù)研究仍舊處于上升階段,整體處于國(guó)際中上水平,距離國(guó)際領(lǐng)先國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等仍有約10年左右差距。
3.產(chǎn)出多,但研究質(zhì)量待提升。
與此同時(shí),由于加大了環(huán)境科技的投入力度,使成果產(chǎn)出和研究質(zhì)量不斷提高,我國(guó)環(huán)境領(lǐng)域論文發(fā)表總數(shù)僅次于美國(guó),且增速明顯高于其它國(guó)家;一些子領(lǐng)域?qū)@夹g(shù)申請(qǐng)量已達(dá)到或接近世界第一。但是總體來(lái)說(shuō)中國(guó)的研究水平還不盡如人意。我國(guó)環(huán)境技術(shù)論文質(zhì)量與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距,SCI論文被引頻次顯著少于發(fā)達(dá)國(guó)家,原創(chuàng)性技術(shù)較少,核心技術(shù)創(chuàng)造不足。比如雖然發(fā)表了一些論文,但是核心技術(shù)專(zhuān)利不足。在研究過(guò)程中,我們還是偏基礎(chǔ),產(chǎn)業(yè)化水平較低。
以工業(yè)廢水處理技術(shù)發(fā)展為例看中國(guó)環(huán)保技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展差距
工業(yè)廢水處理在國(guó)際和國(guó)內(nèi)都得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。有關(guān)工業(yè)廢水處理的技術(shù)開(kāi)發(fā)仍是重點(diǎn),工業(yè)廢水處理產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展。中國(guó)的工業(yè)污染現(xiàn)在仍然是水、土壤、大氣污染的重要來(lái)源,不得不承認(rèn),工業(yè)廢水的問(wèn)題并未真正解決,工業(yè)廢水仍然是影響環(huán)境質(zhì)量的重要挑戰(zhàn)。正因?yàn)槿绱,過(guò)去的一些年,在以中國(guó)為代表的發(fā)展中國(guó)家?guī)?dòng)下,工業(yè)廢水問(wèn)題引起了更多的國(guó)際關(guān)注,包括發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)發(fā)展中國(guó)家的關(guān)注,以及發(fā)展中國(guó)家對(duì)自己環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注。
1.技術(shù)原理創(chuàng)新性不強(qiáng)
首先是我們技術(shù)原理的創(chuàng)新性不強(qiáng)。我國(guó)大部分工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究跟蹤國(guó)際動(dòng)態(tài)比較及時(shí)(如過(guò)濾、吸附、混凝等)。我國(guó)原創(chuàng)性研究能力與國(guó)際相比尚有差距,研究表明,我們雖然發(fā)表了一些論文,但是和國(guó)際主流技術(shù)原理的發(fā)現(xiàn)相比,中國(guó)仍然比發(fā)達(dá)國(guó)家平均滯后約13年。我國(guó)的部分新技術(shù)研究與國(guó)際先進(jìn)水平接近較快(如光催化、UF/MF、電化學(xué)等)。許多技術(shù)原理并不是由中國(guó)人提出的,而是由外國(guó)人提出中國(guó)人跟蹤的。比如Anammox技術(shù),中國(guó)很多人在跟著研究,但是發(fā)明者也是外國(guó)專(zhuān)家。20世紀(jì)80年代末--90年代初,Deflt理工大學(xué)Kuenen教授指導(dǎo)的學(xué)生Mulder在運(yùn)行一個(gè)三級(jí)反應(yīng)器系統(tǒng)時(shí),觀察到第二級(jí)流化床反應(yīng)器中氮“不明去向”的大量消失,用常規(guī)知識(shí)無(wú)法解釋其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。結(jié)合1977年奧地利理論化學(xué)家Broda的化學(xué)熱力學(xué)預(yù)測(cè),在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)了anammox(厭氧氨氧化)現(xiàn)象,由Jetten為主開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)的基礎(chǔ)研究,并由van Loosdrecht拓展到工程應(yīng)用領(lǐng)域。
2.研究論文與技術(shù)應(yīng)用脫節(jié)
中國(guó)從2005年開(kāi)始論文發(fā)表效率迅速,2012年中國(guó)的SIC論文數(shù)量開(kāi)始和美國(guó)持平,后發(fā)優(yōu)勢(shì)比較明顯。中國(guó)在2005年增速超過(guò)美國(guó),在2008年超過(guò)日本,呈現(xiàn)飛躍式增長(zhǎng)。
主要國(guó)家核心專(zhuān)利年度分布
核心專(zhuān)利主要分布國(guó)家熱力圖
中國(guó)在水污染控制技術(shù)領(lǐng)域具有的核心專(zhuān)利數(shù)很少,但發(fā)展呈快速上升趨勢(shì),2009至2012年發(fā)展迅速,其中2011已經(jīng)超過(guò)了日本。水污染控制的核心專(zhuān)利主要集中在美國(guó)、韓國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家,美國(guó)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),核心專(zhuān)利比例約占三分之一。但是,中國(guó)專(zhuān)利技術(shù)是零散的,專(zhuān)利缺乏原創(chuàng)性的科學(xué)支持。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)完成技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)階段,它的論文向?qū)@霓D(zhuǎn)化非常高,而中國(guó)非常低,低的原因是我們研究目標(biāo)的價(jià)值導(dǎo)向異化。
3.核心技術(shù)多由發(fā)達(dá)國(guó)家掌握
研究表明,核心專(zhuān)利被引次數(shù)多,專(zhuān)利家族規(guī)模大,專(zhuān)利從申請(qǐng)到授權(quán)的時(shí)間長(zhǎng)。核心專(zhuān)利技術(shù),美國(guó)基本占到了三分之一,中國(guó)在水污染控制技術(shù)領(lǐng)域的核心專(zhuān)利數(shù)很少,近些年來(lái),中國(guó)發(fā)表了一些很好的論文,比如光催化氧氣技術(shù),但仍然沒(méi)有成就中國(guó)環(huán)保技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。核心專(zhuān)利技術(shù)往往掌握在能夠進(jìn)行原理發(fā)現(xiàn)和原理創(chuàng)造的地區(qū)和國(guó)家之中。
4.中國(guó)企業(yè)沒(méi)有成為創(chuàng)新主體
另一個(gè)事實(shí)是中國(guó)企業(yè)并沒(méi)有成為創(chuàng)新主體。多年來(lái)我們一直在倡導(dǎo)企業(yè)要成為創(chuàng)新主體,但這種倡導(dǎo)并沒(méi)有明顯提升企業(yè)的創(chuàng)造力。
國(guó)際水污染控制主要專(zhuān)利權(quán)人
10所核心專(zhuān)利技術(shù)機(jī)構(gòu)
技術(shù)預(yù)測(cè)研究發(fā)現(xiàn),10所機(jī)構(gòu)全部為企業(yè)(其中日本有5家、韓國(guó)2家、美國(guó)2、中國(guó)臺(tái)灣1家),國(guó)際上水污染防治技術(shù)主要推動(dòng)力是環(huán)保企業(yè)。我國(guó)的創(chuàng)新主體仍然是高校和科研院所,企業(yè)創(chuàng)新能力不足、力量分散。中國(guó)也有一些企業(yè)成為后起之秀,如無(wú)錫光化華、北京碧水園等企業(yè)。根據(jù)2010“綠色中國(guó)”環(huán)保企業(yè)評(píng)選結(jié)果,10家本領(lǐng)域上市公司申請(qǐng)專(zhuān)利技術(shù)變化情況,無(wú)錫光華、北京碧水源、上海巴安水務(wù)、天津膜天膜、桑德環(huán)保名列前5。
我國(guó)相關(guān)企業(yè)申請(qǐng)專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展情況
我國(guó)工業(yè)廢水處理技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力總體評(píng)估
發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移規(guī)避了污染治理問(wèn)題,而我國(guó)長(zhǎng)期居于產(chǎn)業(yè)鏈下游,承受了嚴(yán)重的水環(huán)境污染壓力,也產(chǎn)生了強(qiáng)烈、復(fù)雜和多樣的工業(yè)廢水處理技術(shù)的需求。總體來(lái)說(shuō),我國(guó)主流技術(shù)處于國(guó)際平均水平,部分技術(shù)(如萃取、混凝)略高于國(guó)際平均水平,部分技術(shù)(如膜技術(shù)、電滲析等)低于國(guó)際平均水平。我國(guó)特有的一些行業(yè)廢水處理技術(shù)研究在國(guó)際際上有較高比重。
中國(guó)現(xiàn)在處于這樣一種水平,國(guó)外有的我們基本都有,國(guó)外沒(méi)有的我們也有的,國(guó)外不敢用的我們敢用,我們不能解決的他們也解決不了。中國(guó)人的強(qiáng)項(xiàng)與優(yōu)勢(shì),就是學(xué)習(xí)、模仿、集成、應(yīng)用能力強(qiáng)。學(xué)習(xí)完了以后可以發(fā)文章,一個(gè)技術(shù)一集成就解決我們自己的問(wèn)題。我們應(yīng)用能力強(qiáng),因?yàn)椴粦?yīng)用就沒(méi)有出路。比如高濃度廢水處理,我們解決了焦化、印染廢水治理等問(wèn)題。歸納起來(lái),中國(guó)有什么技術(shù)走在了前面?就是那些中國(guó)有而發(fā)達(dá)國(guó)家基本沒(méi)有的技術(shù)需求。我們是發(fā)展中國(guó)家的典范,而發(fā)展中國(guó)家又被國(guó)際關(guān)注,所以中國(guó)特有的問(wèn)題成為我們環(huán)保技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)推動(dòng)的世界典范。舉一個(gè)例子,中國(guó)關(guān)注有色金屬、印染等污染治理方面,走在了世界前列,在國(guó)際上具有比較大的比重和影響。中國(guó)是膜技術(shù)的主要應(yīng)用國(guó)家,2013年中國(guó)膜技術(shù)工業(yè)領(lǐng)域每天處理量大于1000立方,這在世界上也是具有影響力的,特別是在化工、電力、鋼鐵等行業(yè)得到了重點(diǎn)推廣和應(yīng)用。
低碳、循環(huán)、健康:環(huán)境保護(hù)與治理技術(shù)及產(chǎn)業(yè)方向
了解了我國(guó)環(huán)保技術(shù)目前所處的階段與水平,那么,中國(guó)環(huán)境發(fā)展的主流方向是什么?特別是在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、科技結(jié)構(gòu)調(diào)整中,我們應(yīng)該做什么?不管中國(guó)的科技如何變化,我們的問(wèn)題還在,我們的方向應(yīng)該是堅(jiān)定的,我們的目標(biāo)應(yīng)該是明確的。所以我認(rèn)為,科技的發(fā)展一定會(huì)受科技發(fā)展本身的影響。在過(guò)去五百年里,我們經(jīng)歷了五次工業(yè)革命,五百年工業(yè)革命始終照耀在西方的天空,中國(guó)始終沒(méi)有享受到科技發(fā)展帶來(lái)的應(yīng)有燦爛。原因就是在前四次工業(yè)革命中,我們一直是落后的。
現(xiàn)在有一種主流觀點(diǎn)認(rèn)為,中國(guó)不管發(fā)展什么樣的技術(shù)和進(jìn)行什么樣的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,關(guān)注的首要問(wèn)題一定是要解決環(huán)境污染的問(wèn)題。最近,英國(guó)英國(guó)設(shè)巨獎(jiǎng)解決全球頭號(hào)科學(xué)難題,100多位知名科學(xué)家提出6大科學(xué)難題。其中,如何發(fā)展接近零排放的航空技術(shù)、怎樣解決抗生素耐藥性以及飲用水健康保障及可持續(xù)性等問(wèn)題,在全球氣候變化下,我認(rèn)為低碳、循環(huán)、健康技術(shù)應(yīng)該是未來(lái)環(huán)保技術(shù)的主流方向。
1.能源能否自給?
如何用最少的能耗治理水?先進(jìn)的生物技術(shù),利用自然過(guò)程的凈水技術(shù)與新能源利用技術(shù)都是值得關(guān)注的。比如生物技術(shù),在研究生物技術(shù)的時(shí)候,我們必須對(duì)生物和生態(tài)系統(tǒng)的變化有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。生物學(xué)的發(fā)展一定會(huì)帶動(dòng)環(huán)保科技革命性的發(fā)展。新生物技術(shù)使我們?cè)诜肿铀缴险J(rèn)識(shí)環(huán)境影響下的各類(lèi)生物及不同營(yíng)養(yǎng)水平生物間的影響成為可能。如果對(duì)生物影響的過(guò)程和機(jī)制有深刻認(rèn)識(shí),就可能找到一種方法、發(fā)展一種材料、創(chuàng)造一種技術(shù)。比如生物技術(shù)與工程技術(shù)的應(yīng)用化開(kāi)發(fā),利用基因工程獲取高效微生物菌種,開(kāi)發(fā)微生物菌劑。
2.物質(zhì)可否合理循環(huán)?
循環(huán)就是要高效率地物質(zhì)循環(huán)利用,而不只是靠我們?nèi)藶橄胂蟮男纬梢粋(gè)閉絡(luò)循環(huán)。在談循環(huán)的時(shí)候,人們往往有一種錯(cuò)誤的觀念,就是認(rèn)為循環(huán)是從物質(zhì)生命的起點(diǎn)到生命的終點(diǎn),再?gòu)纳慕K點(diǎn)到生命的起點(diǎn)。我認(rèn)為,在水污染控制方面,一定要把水回用與資源能源回收利用結(jié)合。比如說(shuō)能源的問(wèn)題,提高能源自給率,在適度外源機(jī)廢物協(xié)同處理情況下做到零能耗。我認(rèn)為能源化是能夠做到的,而且是我們應(yīng)該追求的。物質(zhì)可否合理循環(huán)?比如氮磷是非常有限的資源,如何在環(huán)境中獲得磷的高效利用?要進(jìn)行污水資源化,如果說(shuō)技術(shù)能夠支持循環(huán)的話(huà),厭氧方法可能是一個(gè)重要方向。
3.安全的技術(shù)---最小的生態(tài)與健康影響
技術(shù)未來(lái)是水處理中最少使用化學(xué)品。無(wú)論是處理或者控制還是循環(huán),都要保證生態(tài)系統(tǒng)和人體的安全。我們不僅要少使用能源,還要少使用化學(xué)品。應(yīng)該認(rèn)識(shí)再生水對(duì)水環(huán)境敏感生態(tài)群落的影響,要建立基于水質(zhì)健康評(píng)價(jià)水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。我們進(jìn)行如下科學(xué)假設(shè),污水處理廠污染物排放將改變河流的水生生物群落結(jié)構(gòu)和功能。即河流上下游水生生物群落的改變;污水處理廠微污染物排放將造成下游敏感生物的減少;生物之間的相互作用(食物鏈自上而下及自下而上)造成的生態(tài)影響超過(guò)污染物的直接損害;谒|(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)水質(zhì)的局限性,構(gòu)建如下標(biāo)準(zhǔn)與效應(yīng)協(xié)同調(diào)控工藝。
清潔水處理技術(shù)是水污染控制技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的重要方向。我們要重點(diǎn)發(fā)展物理技術(shù),如電分離電降解技術(shù)、等離子技術(shù)、膜技術(shù)、磁技術(shù)、生物技術(shù)等,在中國(guó)和國(guó)際上都將獲得更大的發(fā)展。這些技術(shù)在宜興乃至整個(gè)中國(guó),都是長(zhǎng)期的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。除此之外,組合物理技術(shù)也將是今后一個(gè)重要的方向,如電-膜組合、光-電組合、電-磁組合、磁-光組合、膜-吸附劑組合等。
低碳清潔:未來(lái)環(huán)保技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向
提升環(huán)保產(chǎn)業(yè)品質(zhì),必須要通過(guò)先進(jìn)技術(shù)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),催生新興環(huán)境技術(shù)的發(fā)展,突破技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)的瓶頸。所以,低碳、循環(huán)、健康是環(huán)保產(chǎn)業(yè)的主流方向。而實(shí)現(xiàn)設(shè)備化、成套化、智能化,將成為增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。同時(shí),保護(hù)與治理并重也一定也會(huì)成為產(chǎn)業(yè)的重要機(jī)會(huì)。另外,在產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中,要擴(kuò)大或拓展服務(wù)業(yè)的內(nèi)涵和外延,帶動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)。