BEST论坛第五期精彩回顾 | 城市水系统污染治理绿色发展理念

2022-07-23 20:50

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  2022年6月30日晚,由哈尔滨工业大学环境学院组织、多家单位联合协办的全球环境科学高峰论坛(GloBal Environmental Science SummiT, BEST)如期举行第五期讲座。 应哈尔滨工业大学邀请,中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授、城市水资源与水环境国家重点实验室主任任南琪教授作了题为《城市水系统污染治理绿色发展理念》的学术报告,来自环境领域的专家、学者、研究生及工程技术人员等六千余人通过腾讯会议网络研讨会、环境人微信公众号、BEST论坛官方B站以及寇享学术等直播平台参加了此次讲座。

BEST第五期主持团队包括BEST论坛的主席、哈尔滨工业大学环境学院院长冯玉杰教授,哈尔滨工业大学环境学院副院长邢德峰教授、哈尔滨工业大学博士后刘国宏和梁丹丹。报告正式开始前,冯玉杰教授进行了开场致辞,介绍了本期讲座嘉宾,表达了主办方对主讲嘉宾的诚挚感谢,也表达了对来自全球观众的热诚欢迎。

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【精彩报告回顾】

任南琪院士以《城市水系统污染治理绿色发展理念》为题,总结了我国污水治理过程中存在的实践难题,讨论了如何在城市水系统建设过程中走高质量、绿色发展道路。报告从绿色低碳、生态优先的生态双重目标导向入手,从碳足迹核算是高质量发展判据、灰绿结合是污染治理必由之路、海绵城市理念是绿色发展实践以及基于大数据的规划与智慧管控四个方面展开讲述,结合具体的应用案例,介绍了四代城市水循环系统的发展历程,并对其内涵进行了深入解读,重点分析了实现碳达峰、碳中和目标所需采取的技术途径,并指出灰绿结合、蓝绿融合的综合治理方法可有效缓解现阶段过度治理问题、增强碳减排的综合效益,提出“后海绵”时代建设的最高目标为数字化规划、数字化工程设计与智慧水务管控。 

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碳足迹核算是高质量发展判据

任院士首先解释了我国生态文明建设高质量发展的含义,指出高质量发展并非提高污水排放标准,而是应从科学角度分析污染状况,提出解决方案。2019年中央经济工作会议提出精准治污、科学治污、依法治污,推动生态环境质量持续好转的理念。2021年3月15日习近平总书记主持召开的中央财经委员会第九次会议也提出实现碳达峰、碳中和的重大目标。提出生态优先、绿色低碳并实现碳达峰、碳中和目标的思想。任院士强调高质量发展需要二元驱动,以绿色低碳、生态优先为驱动力和指导,为城市水系统污染治理、实现污染治理领域的双碳目标提供方向。

任院士详细分析了我国污水处理过程中面临的问题。传统污水处理构筑物由钢筋混凝土构成,称为灰色系统。污水处理行业本身是碳排放大户,位居前十大碳排放行业,是资源能耗高的企业。通过全生命周期碳核算,得出随着污水排放标准的提高,污水处理环境负效应逐渐增加,因此,认为高质达标排放并非污水处理行业的高质量发展。任院士提出了开源与截留、污染物资源化与能源化的道路,通过全生命周期的碳足迹核算后发现通过实施该举措,可大大减小环境负效应,且当出水标准设置为一级B时,实现环境正效应。任院士团队以实际项目为例,经过全生命周期碳足迹评价,得出厌氧流化床耦合电子补偿生态强化处理的灰绿结合方式可实现碳中和,该方法避免了灰色系统中的过度治理,在碳减排贡献度上达到73%。此外,任院士还指出源头绿色处理设施在碳减排方面发挥的重要作用。由此可见,节能减排结合绿色发展是达成碳中和目标的重要发展方向,并呼吁科研工作者关注碳足迹分析相关研究,共同助力达成污染治理过程中高质量发展的双碳目标。

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灰绿结合是污染治理必由之路

任院士在报告中指出灰绿结合是污染治理的必由之路。那么什么是灰绿结合——是人工系统与自然系统的结合,以实现水资源的有效利用,并实现碳中和的目标。任院士由古及今,从我国古代殷墟陶三通延伸至现在的城市水循环系统。指出我国在污水处理过程中向来注重自然净化,现如今农村的污水处理,借鉴古人经验,也应以绿色为主,灰色为辅。对于城市或工业园区的污水处理则是灰色为主、绿色为辅,这也是基于对绿色系统不足的补偿。任院士强调应注重绿色技术创新,结合甘肃庆阳实际案例说明了绿色系统在污水深度脱氮除磷方面的优势。但当氮磷比失衡时,会影响整个生态系统的处理效果,污染物治理过程中的科学问题也亟待细致研究。任院士对南宁市烈士陵园黑臭水体治理项目进行介绍,与环境学院冯玉杰院长合作,通过一系列的工艺技术研发,构建强化型自然生态系统,将两个黑臭水体彻底解决,取得很好的成效。

任院士强调,灰色和绿色的有机结合是未来的发展必由方向,而海绵城市建设本身即为绿色与灰色的结合,在源头使用绿色系统,然后进行人工的强化。

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海绵城市理念是绿色发展实践

任院士指出海绵城市理念是绿色发展的实践。目前包括我国在内的世界上绝大多数国家仍处于城市水循环2.0阶段,是从引用水源到水厂到用户再到污水处理厂然后排放回水体的循环系统。任院士提出海绵城市是中国未来发展方案,城市水循环4.0一方面是实现自然净化与人工强化即灰绿结合实现水体净化,另一方面是大排水系统的增加,同时指出要借助自然的系统发挥大排水功能,实现连续净化、城市排涝和环境宜居。

海绵城市应该能像海绵一样,在适应生态环境变化和应对城市内涝等方面具有良好的韧性。海绵城市即为韧性城市,任院士强调我们要发挥习总书记提出的自然积存、自然渗透、自然净化的理念,充分考虑水资源、水环境、水生态与水安全,甚至水文化。确保社会水循环与自然水循环相互贯通,通过这一中国方案实现碳达峰和碳中和。任院士从四个点深入解析如何开展海绵城市建设,第一,暴雨的源头控制,强调需建立系统的概念,考虑系统最优而非单元最佳。海绵城市中源头减排内涵为解决城市内涝和面源污染,采取六字方针:渗滞蓄净用排,同时应加强开发本地技术。第二,源头减排,一方面是量的控制,保证水安全,做到小雨不湿鞋、大雨不内涝;另一方面是质的控制,包括建设植草沟、人工湿地等措施。第三,黑臭消除为根本,城市污水官网建设应进一步完善,提高污水收集率。并提倡三面绿色的系统,发挥生态暗线作用。第四是污水处理厂,将来也要走灰绿结合的道路,将环境承载力纳入考虑范围,做到分质分级,科学、精准地实现高质量发展。

从前期看,海绵城市取得了非常好的成效,一方面解决城市涝灾问题,另一方面解决水生态环境恶化的问题;海绵城市的建设促进了试点城市对绿色发展里面的认识,通过蓝绿融合改善城市自然生态系统,通过更大范畴的灰绿结合构建具有韧性的城市生态格局,提高人居品质。任院士指出,正是中国的政治体制使这一中国方案得以顺利实施。

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基于大数据的规划与智慧管控

任院士结合2005年中石油石化公司双苯厂硝基苯泄露松花江重大水污染事件,指出大数据规划与智慧管控的重要意义。分别从微观、中观、宏观的不同角度给出海绵城市建设数字化案例,从微观角度,建筑小区、街坊与道路广场等地块项目,是海绵城市建设的渗滞净设施;从中观角度,城市的绿地、水系和市政排水系统,是海绵城市建设的骨架;从宏观的角度,山水林田湖草为城市的生态基底,是海绵城市建设的生态屏障。应通过蓝绿融合、灰绿结合,结合区域地理地貌、区域环境条件、基础设施完善程度以及需解决的主要问题,依据系统性数值模拟规划提出解决方案。

任院士提出,海绵城市4.0系统仍需做很多工作,水质的问题、水量的问题、水压的问题以及单元智控以及大数据采集最终形成智慧系统,而这些仍未有国际先例。任院士在报告中强调未来海绵城市建设需要智慧化的管控,需建立基础数据库,包含水文气象、水质信息、基础设施、污染源、人口、排水、汇水区域等各方面,同时应借助其他手段实现实时监控、在线监测、卫星遥感、视频监控等。通过大数据分析和机器学习平台支撑最终实现智慧水务以及城市应急决策可视化平台建设。

这也给我们一些启示,污染治理是一项系统工程,围绕“碳中和”的新时代环保工作者也应具备灰绿结合的污染治理理念;加强绿色环保技术与产业的理论突破、技术创新和工程应用。

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结束语

最后,任院士强调应按习总书记的要求,不断满足人民日益增长的对优美生态环境的需要。坚持走中国方案治理污染,这是中国未来的发展方向。

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