日前，中国科协生态环境产学联合体（以下简称联合体）发布2020年度中国生态环境十大科技进展。
十大科技进展包括支撑碳达峰碳中和目标决策的我国长期低碳发展战略研究、面向未来的中国污水处理概念厂创建、黄金航道开发与河流生态保护协同的理论与方法体系、大气污染与气候变化协同治理路径优化关键技术、生态系统生产总值（GEP）核算方法与应用、国家地表水环境质量自动监管关键技术与工程应用、第三次青藏高原科学试验—边界层与对流层观测、发现“食用蔬菜和作物吸收微塑料的通道与机制”、流域农业面源污染分区协同防控关键技术、新冠病毒气溶胶采集与监测的研究。
2020年度生态环境十大科技进展是由两院院士和联合体成员单位推荐，由15位院士专家组成评委会评议投票产生的。今年是连续第二年开展。2020年度入选的进展内容涉及碳达峰碳中和、大气污染防治、水环境保护、绿色GEP核算方法、新冠病毒监测等生态环境领域的热点问题，反映了我国生态环境科技领域前沿发展动态，在引领生态环境领域技术创新，鼓励生态环境科学研究，营造社会创新氛围，提高公众环保意识方面起到了积极的作用，影响深远、意义重大。
中国科协党组成员、书记处书记吕昭平表示，2020年度生态环境十大科技进展的发布，既反映了我国生态环境科技领域的前沿发展水平，也展现了我国生态环境科技工作者努力耕耘奋力创新的风采，必将为我国生态环境保护和生态文明建设提供有力的科技支撑。
联合国环境规划署UNEP驻华代表涂瑞和表示，第五届联合国环境大会通过了环境署提交的报告，指出气候变化，生态系统退化，污染是全球环境面临的三大危机。科学技术在应对三大全球环境危机方面发挥着很重要的作用。环境署将继续支持各方合作，共同应对这三大危机，共建人与自然和谐的地球。
联合体副主席、中国工程院院士张远航介绍了生态环境十大科技进展遴选情况。发布会上，联合体还与美团举行了“科创中国-美团青山环保科技创新示范项目”签约仪式。
附：2020年度中国生态环境十大科技进展
01、支撑碳达峰碳中和目标决策的我国长期低碳发展战略研究
该研究首次全面系统地提出了包含碳中和目标在内的四种长期发展情景下的转型路径及其碳排放路径、技术需求、经济成本和环境影响的定量评价，揭示了转型目标、行动时机和措施力度与转型效果及其经济成本间的综合作用机制和规律，阐释了我国同时实现新时代社会主义现代化建设目标与《巴黎协定》下控制全球温升目标的一致性，提出了实现碳达峰碳中和的路径选择建议。
02、面向未来的中国污水处理概念厂创建
概念厂技术团队构建了包括四十余项核心关键技术的技术体系，包括：高效极限脱氮除磷技术（LOT）、紫外催化高级氧化(UV/AOP)新兴污染物氧化阻断集成技术与装备、高干厌氧为核心的有机固废能量高效回收与资源深度转化集成技术与装备、以再生水为单一水源的大尺度水环境构建技术、污水处理设施生态综合体构建理念与技术等。
03、黄金航道开发与河流生态保护协同的理论与方法体系
项目研究过程中，探索了全球黄金航道的可持续发展之路，构建了基于航道自然和社会经济双重属性的黄金航道识别方法；提出了黄金航道发展三阶段理论，构建了长江黄金航道评价方法体系，建立了河流全要素监测-检测方法体系，揭示了长江全物质通量变化的驱动机制，提出了生态航道规划、建设、运营、维护全过程开展长期生态环境监察与审核的方案。
04、大气污染与气候变化协同治理路径优化关键技术
团队在三个方面取得重大突破：开发了排放源强对经济、能源、治理措施的动态响应模型，建立了面向详细行业和技术的多尺度耦合大气污染物与温室气体源排放清单；开发了环境空气质量对分行业分物种排放控制措施的实时响应模型，突破了大气环境质量改善目标下污染物减排量的反算技术；构建了能源经济-空气质量-气候健康的跨学科综合评估模型，实现了大气污染与气候变化协同治理措施的成本效益评估和路径优化，评估了实现空气质量达标路径下温室气体的协同减排效益，量化了低碳能源政策的健康和气候影响。
05、生态系统生产总值（GEP）核算方法与应用
GEP核算可以定量揭示生态系统产品和服务提供者与受益者之间的生态关联，并能为生态保护成效评估、生态补偿政策制订，以及将生态效益纳入经济社会评价体系提供科学依据。GEP的概念2020年被联合国统计署采纳为生态系统核算指标之一，GEP核算方法受到广泛关注和应用，目前有青海、贵州、海南等23个市（州、盟）以及100多个县（市、区）的GEP核算及其应用试点。完成了2015-2019年覆盖31省区市的GEP核算以及2017年度覆盖179个国家的全球GEP核算，发布了《陆地生态系统生产总值（GEP）核算技术指南》。
06、国家地表水环境质量自动监管关键技术与工程应用
项目组研究构建了自动监管技术体系并进行了工程应用与推广，主要取得以下创新成果：率先将质控关键环节实现了自动化，质控技术手段不断完善、时效性大幅度提高；首次研发了国家水环境自动监测信息管理应用系统，实现了监测全过程留痕，实现了海量数据的自动预审、智能审核；首次系统建立了国家地表水环境自动监管规范化、标准化技术体系，支撑了国家水质自动监测网络的建设和运行管理。
07、第三次青藏高原科学试验--边界层与对流层观测
该项目揭示出夏季青藏高原低温环境下独特的陆面-边界层-对流层云降水物理特征以及青藏高原通过全球大尺度垂直环流和遥相关产生的全球气候效应；提出用最大熵增模型降低数值预报模式在青藏高原及周边地区冷偏差的观点，通过改进高原地区陆面模式物理过程参数化方法及同化技术明显提升了数值预报模式在青藏高原及下游地区的降水模拟能力。
08、发现食用蔬菜和作物吸收微塑料的通道与机制
该项目的主要成果包括：营养液培养条件下0.2 μm聚苯乙烯微球可被生菜根部大量吸收和富集，并从根部向地上迁移, 积累和分布在可被直接食用的茎叶之中；亚微米级甚至是微米级的塑料颗粒都可以穿透小麦和生菜根系进入植物体，在蒸腾拉力的作用下，通过导管系统随水流和营养流进入作物地上部；发现一种塑料颗粒进入植物体的通道与机制，在植物新生侧根边缘存在狭小的缝隙，塑料颗粒可以通过该“通道”跨过屏障而进入根部木质部导管并进一步传输到茎叶组织。
09、流域农业面源污染分区协同防控
本项目取得3方面创新：创建了流域农业面源污染监测方法和防控理论；突破了污染治理与资源利用结合的关键技术；创新了大理模式、兴山模式和宜兴模式等农业面源污染防控技术模式并制定了3项农业行业标准。研究成果已列入国家面源污染防治规划，并推广应用到118个国家面源污染治理项目县。
10、新冠病毒气溶胶采集与监测的研究
研究获得了气溶胶传播新冠病毒的直接证据：创建了现场空气中新冠病毒快速检测系统Air-nCov-Watch（ACW），无需人员进入被测环境即可进行程序化扫描式地采集气溶胶样本；（2）利用自主研发的呼出气采集系统，揭示了人体呼吸也是新冠肺炎传播的重要方式。ACW在新冠肺炎疫情防控中发挥了突出作用，研究成果为全世界科学防控气溶胶传播新冠肺炎疫情提供了重要的科学依据。
相关链接：何为“面向未来的中国污水处理概念厂”？
2014年1月7日，中国工程院院士、中国科学院生态环境研究中心研究员、清华大学环境学院特聘教授曲久辉，清华大学环境学院教授王凯军，中国人民大学环境学院教授王洪臣，清华大学环境学院教授余刚，中国21世纪议程管理中心副主任柯兵，中国科学技术大学环境科学与工程系教授俞汉青等6位专家在中国环境报首发《建设面向未来的中国污水处理概念厂》一文，第一次向全社会传递了未来有引领性的污水处理厂应该“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”，设想用5年左右时间，建设一座（批）面向2030-2040年、具备一定规模的城市污水处理厂。
自此，建设面向未来的中国污水处理概念厂的想法在业界引起强烈反响。2014年-2021年，7年过去了，几经曲折后污水处理概念厂已见雏形，承载概念梦想的宜兴概念厂将于今年年中建成投运。
回顾百年来发展历程，污水处理对改善人居环境，推动人类文明进步作出了巨大贡献。今年迎来“百年诞辰”的活性污泥法，长期、有效地遏制了水污染物排放，至今仍是污水处理系统的“中流砥柱”。上世纪60年代，美国提出了具有超前思维的“21世纪水厂”概念，将污水处理标准提升至饮用水标准，对行业发展产生深远影响。沿此思路，在本世纪初，新加坡提出了“NEWater”概念，通过传统生物处理加双膜法，实现了污水到饮用水的深度再生，带动了本国水业跨跃式发展，使其一跃成为世界性水务“理念”中心。
随着环境污染、气候变化、能源危机以及资源枯竭等人类面临的重大问题日益突显，近几年国际污水处理行业出现了以下三个明显趋势：
污染物削减功能被进一步强化。一方面，随着经济社会发展，污染强度不断增大，污染物种类日趋复杂；另一方面，随着公众环境意识增强，水环境质量要求不断提高。为应对这一局面，城市污水处理不断提标改造成为必然趋势。发达国家在强化传统有机污染物去除的同时，生物脱氮除磷（BNR）总体上在朝着强化脱氮除磷（ENR）方向发展，有些地区甚至达到了技术极限（LOT）水平。为应对内分泌干扰物（EDCs）、药物和个人护理品（PPCPs）等新兴污染物，臭氧氧化和光催化氧化等高级氧化技术也已在污水处理领域得以规模化应用。
以提高能源自给率为目标的提效改造进展迅速。应对气候变化和能源危机要求城市污水处理必须节能降耗，并开发能源提高能源自给率，实现低碳污水处理。城市污水处理是高能耗行业，美国城市污水处理电耗占全社会总电耗的3%以上；然而，城市污水中又蕴含着巨大潜能。据估计，污水所含潜在能量是处理污水能耗的10倍，全球每日产生的污水潜在能量约相当于一亿吨标准燃油，污水潜在能量开发可解决社会总电耗的10%。基于欧洲经验，在提效改造的基础上，仅以高效厌氧消化等成熟技术进行能量回收，污水处理能源自给率就可达到60%以上，有的处理厂甚至实现了完全能源自给。
污水处理过程的资源回收引起重视。城市污水处理将成为资源循环利用的重要载体。除水资源循环利用外，污水处理过程还可实现有机质及磷等资源的循环利用。特别是磷，全球磷资源行将枯竭，中国储量也只能有效供给20~50年。因此，构建磷素的持续循环体系引起重视，而城市污水处理将是实现磷循环的重要途径。日本相关机构曾经测算，如将污水中的磷（每年5万吨）加以回收，可解决本国磷矿石进口量的20%。
1984年，中国第一座大型污水处理厂在天津建成并投入运行。此后，经过三十年的发展，中国污水处理事业快速发展，取得了巨大成就。截至2013年，全国建成并投入运行了3500多座县级以上污水处理厂，日总处理能力达到1.4亿m3，已与美国基本相当，为遏制水污染加剧的态势发挥了关键作用。然而，每个行业都难以跨越历史，污水处理行业高速取得的巨大成就之下也同样隐存着短视、粗放乃至劣质。面向未来，我们必须进行反思。
首先，污水处理行业作为“绿色家族”的天生一员，却与可持续发展理念渐行渐远。我国绝大部分目污水处理厂取消了初沉池设计，大量采用了延时曝气等高能耗工艺，以高能耗为代价实现的污染物削减与减排，形成了“减排污染物、增排温室气体”的尴尬局面。我国现有处理厂设置厌氧消化设施的数量不足3%，在硬件上直接否定了污水潜能的开发利用。更应引起注意的是：新设施的建设几乎都还在以厌氧消化管理复杂、我国污泥有机质含量低等不成立的说法为理由，在可研阶段就直接剔除厌氧消化工艺。近两年，西方污水处理厂提效改造已经成为与提标改造必须同步进行的过程，而“提效改造”在我国业内却还是个“生词”。在资源回收方向，我国污水处理行业的具体行动更是几近空白。
其次，污水处理缺乏面向水环境多样化需求的科学水质标准。中国幅员辽阔，各地水环境特征差别大。目前的出水水质标准采用“一刀切”方式，没有顾及地域不同和经济发展不平衡等重大差异性问题，不利于生态敏感地区的水质保护以及缺水地区的水资源问题的根本解决，在环境保护的天平上失去了应有的份量。
再次，实践中缺乏对人与自然和谐共处的思考与追求。一是污水处理厂产生的污泥与自然环境不和谐。城市污水处理产生的大量污泥没有安全、妥善地融入自然循环，对环境造成严重隐患，污泥中营养物也没有得到有效利用。二是污水处理厂与周边社会环境不和谐。伴随城镇化，很多污水处理厂已被围入居民社区，周边公众对污水处理过程所产生的恶臭和噪声积怨颇深，已经成为不容忽视的环境问题。
我们认为，随着水污染控制工作的不断深入和城镇化进程推进，我国城镇污水处理设施建设还将持续高速发展，并有可能在未来10年内完成城镇污水处理设施的基本建设任务。但是，基本建设完成并不意味着发展停滞。中央城镇化工作会议已将能源利用效率、环境质量等列入新时期城镇化的重要内涵，包括提标和提效的提升改造将是污水处理的一个长期任务。这些预示着，中国城市污水处理事业将迎来以可持续发展为核心的全新时期，在相当长一段时期内，中国仍将是世界上最大的污水处理市场。
在关系污水处理事业未来的关键时刻，迫切需要在激发各方智慧、凝聚行业共识、明晰发展方向的前提之下，调动一切积极因素，建设一座（批）面向未来的污水处理厂，成为中国的“21世纪”和“NEWater”，引领国际污水处理的未来。这样的污水处理厂，我们称之为“中国污水处理概念厂”。
我们的设想是：用5年左右时间，建设一座（批）面向2030年、具备一定规模的城市污水处理厂。它应该是绿色的，是低碳的，能够真正体现出可持续发展这一普世理念。同时，中国污水处理概念厂还应集中展示已经和即将工程化的全球先进技术，引领我国污水处理事业走向世界前列。
这些认识决定了概念厂筹建时间会比较长，并且是一个重要的巨大价值创造过程。尽管我们在城市污水处理及环境保护领域有过多年的科学研究、工程实践及相关管理工作的经验，但通过一般的讨论还远不能为概念厂画出具象，需要更多方面的参与、更长时间的探索、更多维视角的勾画。通过几次研讨，我们初步认同概念厂应包含但不限于以下四个方向的追求：
1. 使出水水质满足水环境变化和水资源可持续循环利用的需要
出水水质标准无疑是污水处理厂建设者的首要考虑。我们认为应包含面向水环境保护需求和面向水资源可持续循环利用的两类标准。
其中，第一类是指根据当地环境和社会可持续发展要求而需达到的出水水质标准，应在顶层设计、长远规划的基础上提出。
第二类是完全满足水资源循环利用的标准，使污水从根本上实现再生，这类标准应考虑对包括新兴污染物在内的有毒有害污染物的深度去除，对缺水地区的水生态安全发挥保障作用。
2. 大幅提高污水处理厂能源自给率，在有适度外源有机废物协同处理的情况下，做到零能耗。
如前所述，发达国家污水处理能耗已占全社会能耗的3%左右，是节能降耗的重要领域。我国污水处理厂的建设运营普遍粗放低效，节能空间更为巨大。
污水中的有机物富含能源，合理利用通常能满足污水处理厂能耗的1/3到1/2；另一方面，污水处理新工艺、新技术、新装备以及运营方式也有广泛的节能效果。污水处理厂的大面积占地也为太阳能利用提供了可用空间。合理集成以上节能途径，概念厂将实现在目前污水处理耗能基础上普遍节能50%以上，在具备有机物外源时做到能源自给。沿着概念厂的方向，有望为整个社会减少1%的能耗。
3. 追求物质合理循环，减少对外部化学品的依赖与消耗
污水处理厂产生的物质（污泥）最终需走向社会或自然。概念厂应根据当地实际情况，在城市长远发展视角下选择合理处置方式，使污泥最终达到无害化、资源化的目的。化学品的使用间接地增加了污水处理厂资源消耗，也提高了污水排放的生态风险。
因此，概念厂将在最大程度上降低对外部化学品的依赖与消耗，在更广意义上减少对社会总体资源与能源消耗，并降低化学品的引入对污水处理厂出水、出泥带来的环境风险。
4. 建设感官舒适、建筑和谐、环境互通、社区友好的污水处理厂
首先要做到出水、出料、出气等所有的排出物对生态环境安全，并用多种方式展示和沟通这种安全状态。在此基础上要追求感官舒适、建筑和谐、环境互通，从而做到和周边社会的心理互信。土地是我国最宝贵最紧缺的资源，但是，我们认为未来的污水处理厂最重要的并不只是多么注意它本身的节约用地，而是必须做到不影响周边土地的使用功能，这可能比它的投资节省效益重要十倍，乃至百倍。
为实现以上追求，我们首先应该彻底跳出现有污水处理技术工艺框框，系统地认真地研究目前国际上的新工艺、新技术、新材料、新装备的研究与应用进展，预判未来数年可能实现的突破，为城市污水处理做一次重新的系统勾画。作为现代城市重要的基础设施，污水处理厂也不应只是技术专家和工程师考虑的事情。应该组织政府官员、民众、工程师、建筑师、规划师讨论、参观、模拟，为未来城市污水处理厂探寻和构建有整体共识的范式。
文章来源: 光明网、中国环境报
