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中國給水排水戰(zhàn)略聯(lián)盟 (309位行業(yè)代表了)
中國給水排水戰(zhàn)略聯(lián)盟
2014年曲久輝院士對中國環(huán)境技術評價與預測
尊敬的各位領導、各位專家:
大家上午好!
中國科技正在發(fā)生變化,環(huán)境科技也會隨之而變。我們?yōu)槭裁匆芯凯h(huán)境科技?我認為解決問題是其核心驅(qū)動力。解決中國環(huán)境問題,第一生產(chǎn)力應該是管理,第二或第三生產(chǎn)力才是科技。但是,如果沒有好的技術支撐,就不可能有好的決策,也不可能有好的管理。而帶動技術發(fā)展的一定是產(chǎn)業(yè),所以我認為此次在宜興召開2014(第二屆)中國環(huán)保技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進會,對于推動中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
水處理技術的變革
在過去的一百多年,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始創(chuàng)造著如何保護我們環(huán)境和健康的新技術。2010年,美國工程院將城市飲用水處理工藝評為20世紀對人類社會貢獻最偉大的工程技術成就之一。大家知道,在環(huán)境領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,處理原理無法表達水中的物質(zhì),我認為COD的發(fā)展是一項重大的發(fā)明。但是,回顧一百多年的歷史,中國在此歷史長河中扮演了什么角色?中國的環(huán)境技術到底處于什么樣的水平?什么是環(huán)境技術發(fā)展的主流方向?
中國生態(tài)環(huán)境技術評估
最近,我們開展了中國環(huán)境技術預測研究,涉及三大方面,包括生態(tài)修復、水污染控制、大氣污染控制、土壤污染控制等在內(nèi)的15個子領域,得出一個基本結(jié)論:
1.中國的環(huán)境技術的發(fā)展起步比較晚,但是發(fā)展迅速。
我國環(huán)境問題是在近30年才集中出現(xiàn)并被社會公眾所關注,環(huán)境技術應運而生。 2000年以來,我國環(huán)境技術快速發(fā)展,特別是近5年來進入了快速發(fā)展階段。國家環(huán)保法規(guī)的實施以及國家在本領域科技投入持續(xù)增大,是環(huán)境技術快速發(fā)展的重要推動力。
2.起點高,但距國際領先水平仍有差距。
中國環(huán)境研究雖然起步較晚,卻緊跟國際前沿,形成了較全面的研發(fā)布局。但是,也要承認,同國際發(fā)達國家領先水平相比,我們?nèi)杂泻艽蟮牟罹。中國的環(huán)境技術研究仍舊處于上升階段,整體處于國際中上水平,距離國際領先國家如美國、德國、英國等仍有約10年左右差距。
3.產(chǎn)出多,但研究質(zhì)量待提升。
與此同時,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,我國環(huán)境領域論文發(fā)表總數(shù)僅次于美國,且增速明顯高于其它國家;一些子領域?qū)@夹g申請量已達到或接近世界第一。但是總體來說中國的研究水平還不盡如人意。我國環(huán)境技術論文質(zhì)量與發(fā)達國家存在較大差距,SCI論文被引頻次顯著少于發(fā)達國家,原創(chuàng)性技術較少,核心技術創(chuàng)造不足。比如雖然發(fā)表了一些論文,但是核心技術專利不足。在研究過程中,我們還是偏基礎,產(chǎn)業(yè)化水平較低。
以工業(yè)廢水處理技術發(fā)展為例看中國環(huán)保技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展差距
工業(yè)廢水處理在國際和國內(nèi)都得到了越來越廣泛的關注。有關工業(yè)廢水處理的技術開發(fā)仍是重點,工業(yè)廢水處理產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展。中國的工業(yè)污染現(xiàn)在仍然是水、土壤、大氣污染的重要來源,不得不承認,工業(yè)廢水的問題并未真正解決,工業(yè)廢水仍然是影響環(huán)境質(zhì)量的重要挑戰(zhàn)。正因為如此,過去的一些年,在以中國為代表的發(fā)展中國家?guī)酉,工業(yè)廢水問題引起了更多的國際關注,包括發(fā)達國家對發(fā)展中國家的關注,以及發(fā)展中國家對自己環(huán)境問題的關注。
1.技術原理創(chuàng)新性不強
首先是我們技術原理的創(chuàng)新性不強。我國大部分工業(yè)廢水處理技術的研究跟蹤國際動態(tài)比較及時(如過濾、吸附、混凝等)。我國原創(chuàng)性研究能力與國際相比尚有差距,研究表明,我們雖然發(fā)表了一些論文,但是和國際主流技術原理的發(fā)現(xiàn)相比,中國仍然比發(fā)達國家平均滯后約13年。我國的部分新技術研究與國際先進水平接近較快(如光催化、UF/MF、電化學等)。許多技術原理并不是由中國人提出的,而是由外國人提出中國人跟蹤的。比如Anammox技術,中國很多人在跟著研究,但是發(fā)明者也是外國專家。20世紀80年代末--90年代初,Deflt理工大學Kuenen教授指導的學生Mulder在運行一個三級反應器系統(tǒng)時,觀察到第二級流化床反應器中氮“不明去向”的大量消失,用常規(guī)知識無法解釋其實驗現(xiàn)象。結(jié)合1977年奧地利理論化學家Broda的化學熱力學預測,在國際上首次發(fā)現(xiàn)了anammox(厭氧氨氧化)現(xiàn)象,由Jetten為主開始進行相關的基礎研究,并由van Loosdrecht拓展到工程應用領域。
2.研究論文與技術應用脫節(jié)
中國從2005年開始論文發(fā)表效率迅速,2012年中國的SIC論文數(shù)量開始和美國持平,后發(fā)優(yōu)勢比較明顯。中國在2005年增速超過美國,在2008年超過日本,呈現(xiàn)飛躍式增長。
主要國家核心專利年度分布
核心專利主要分布國家熱力圖
中國在水污染控制技術領域具有的核心專利數(shù)很少,但發(fā)展呈快速上升趨勢,2009至2012年發(fā)展迅速,其中2011已經(jīng)超過了日本。水污染控制的核心專利主要集中在美國、韓國、日本、德國等發(fā)達國家,美國占絕對優(yōu)勢,核心專利比例約占三分之一。但是,中國專利技術是零散的,專利缺乏原創(chuàng)性的科學支持。發(fā)達國家已經(jīng)完成技術發(fā)展的基礎階段,它的論文向?qū)@霓D(zhuǎn)化非常高,而中國非常低,低的原因是我們研究目標的價值導向異化。
3.核心技術多由發(fā)達國家掌握
研究表明,核心專利被引次數(shù)多,專利家族規(guī)模大,專利從申請到授權的時間長。核心專利技術,美國基本占到了三分之一,中國在水污染控制技術領域的核心專利數(shù)很少,近些年來,中國發(fā)表了一些很好的論文,比如光催化氧氣技術,但仍然沒有成就中國環(huán)保技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展。核心專利技術往往掌握在能夠進行原理發(fā)現(xiàn)和原理創(chuàng)造的地區(qū)和國家之中。
4.中國企業(yè)沒有成為創(chuàng)新主體
另一個事實是中國企業(yè)并沒有成為創(chuàng)新主體。多年來我們一直在倡導企業(yè)要成為創(chuàng)新主體,但這種倡導并沒有明顯提升企業(yè)的創(chuàng)造力。
國際水污染控制主要專利權人
10所核心專利技術機構(gòu)
技術預測研究發(fā)現(xiàn),10所機構(gòu)全部為企業(yè)(其中日本有5家、韓國2家、美國2、中國臺灣1家),國際上水污染防治技術主要推動力是環(huán)保企業(yè)。我國的創(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。中國也有一些企業(yè)成為后起之秀,如無錫光化華、北京碧水園等企業(yè)。根據(jù)2010“綠色中國”環(huán)保企業(yè)評選結(jié)果,10家本領域上市公司申請專利技術變化情況,無錫光華、北京碧水源、上海巴安水務、天津膜天膜、桑德環(huán)保名列前5。
我國相關企業(yè)申請專利技術發(fā)展情況
我國工業(yè)廢水處理技術競爭力總體評估
發(fā)達國家通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移規(guī)避了污染治理問題,而我國長期居于產(chǎn)業(yè)鏈下游,承受了嚴重的水環(huán)境污染壓力,也產(chǎn)生了強烈、復雜和多樣的工業(yè)廢水處理技術的需求。總體來說,我國主流技術處于國際平均水平,部分技術(如萃取、混凝)略高于國際平均水平,部分技術(如膜技術、電滲析等)低于國際平均水平。我國特有的一些行業(yè)廢水處理技術研究在國際際上有較高比重。
中國現(xiàn)在處于這樣一種水平,國外有的我們基本都有,國外沒有的我們也有的,國外不敢用的我們敢用,我們不能解決的他們也解決不了。中國人的強項與優(yōu)勢,就是學習、模仿、集成、應用能力強。學習完了以后可以發(fā)文章,一個技術一集成就解決我們自己的問題。我們應用能力強,因為不應用就沒有出路。比如高濃度廢水處理,我們解決了焦化、印染廢水治理等問題。歸納起來,中國有什么技術走在了前面?就是那些中國有而發(fā)達國家基本沒有的技術需求。我們是發(fā)展中國家的典范,而發(fā)展中國家又被國際關注,所以中國特有的問題成為我們環(huán)保技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)推動的世界典范。舉一個例子,中國關注有色金屬、印染等污染治理方面,走在了世界前列,在國際上具有比較大的比重和影響。中國是膜技術的主要應用國家,2013年中國膜技術工業(yè)領域每天處理量大于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)得到了重點推廣和應用。
低碳、循環(huán)、健康:環(huán)境保護與治理技術及產(chǎn)業(yè)方向
了解了我國環(huán)保技術目前所處的階段與水平,那么,中國環(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)濟結(jié)構(gòu)、科技結(jié)構(gòu)調(diào)整中,我們應該做什么?不管中國的科技如何變化,我們的問題還在,我們的方向應該是堅定的,我們的目標應該是明確的。所以我認為,科技的發(fā)展一定會受科技發(fā)展本身的影響。在過去五百年里,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,中國始終沒有享受到科技發(fā)展帶來的應有燦爛。原因就是在前四次工業(yè)革命中,我們一直是落后的。
現(xiàn)在有一種主流觀點認為,中國不管發(fā)展什么樣的技術和進行什么樣的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,關注的首要問題一定是要解決環(huán)境污染的問題。最近,英國英國設巨獎解決全球頭號科學難題,100多位知名科學家提出6大科學難題。其中,如何發(fā)展接近零排放的航空技術、怎樣解決抗生素耐藥性以及飲用水健康保障及可持續(xù)性等問題,在全球氣候變化下,我認為低碳、循環(huán)、健康技術應該是未來環(huán)保技術的主流方向。
1.能源能否自給?
如何用最少的能耗治理水?先進的生物技術,利用自然過程的凈水技術與新能源利用技術都是值得關注的。比如生物技術,在研究生物技術的時候,我們必須對生物和生態(tài)系統(tǒng)的變化有一個全面的認識。生物學的發(fā)展一定會帶動環(huán)?萍几锩缘陌l(fā)展。新生物技術使我們在分子水平上認識環(huán)境影響下的各類生物及不同營養(yǎng)水平生物間的影響成為可能。如果對生物影響的過程和機制有深刻認識,就可能找到一種方法、發(fā)展一種材料、創(chuàng)造一種技術。比如生物技術與工程技術的應用化開發(fā),利用基因工程獲取高效微生物菌種,開發(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)藶橄胂蟮男纬梢粋閉絡循環(huán)。在談循環(huán)的時候,人們往往有一種錯誤的觀念,就是認為循環(huán)是從物質(zhì)生命的起點到生命的終點,再從生命的終點到生命的起點。我認為,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。比如說能源的問題,提高能源自給率,在適度外源機廢物協(xié)同處理情況下做到零能耗。我認為能源化是能夠做到的,而且是我們應該追求的。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?要進行污水資源化,如果說技術能夠支持循環(huán)的話,厭氧方法可能是一個重要方向。
3.安全的技術---最小的生態(tài)與健康影響
技術未來是水處理中最少使用化學品。無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,還要少使用化學品。應該認識再生水對水環(huán)境敏感生態(tài)群落的影響,要建立基于水質(zhì)健康評價水質(zhì)的標準。我們進行如下科學假設,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)影響超過污染物的直接損害;谒|(zhì)標準評價水質(zhì)的局限性,構(gòu)建如下標準與效應協(xié)同調(diào)控工藝。
清潔水處理技術是水污染控制技術和產(chǎn)業(yè)的重要方向。我們要重點發(fā)展物理技術,如電分離電降解技術、等離子技術、膜技術、磁技術、生物技術等,在中國和國際上都將獲得更大的發(fā)展。這些技術在宜興乃至整個中國,都是長期的技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。除此之外,組合物理技術也將是今后一個重要的方向,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:未來環(huán)保技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向
提升環(huán)保產(chǎn)業(yè)品質(zhì),必須要通過先進技術改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),催生新興環(huán)境技術的發(fā)展,突破技術研發(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。而實現(xiàn)設備化、成套化、智能化,將成為增強企業(yè)核心競爭力的重要途徑。同時,保護與治理并重也一定也會成為產(chǎn)業(yè)的重要機會。另外,在產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中,要擴大或拓展服務業(yè)的內(nèi)涵和外延,帶動環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級。