吳豐昌，中國工程院院士。長期致力于環(huán)境基準(zhǔn)與污染風(fēng)險(xiǎn)防控理論、技術(shù)研發(fā)與工程實(shí)踐，在環(huán)境基準(zhǔn)理論方法、關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用等方面取得了創(chuàng)新性成果，在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)制修訂、管理制度創(chuàng)建、業(yè)務(wù)應(yīng)用和流域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控工程建設(shè)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，推動(dòng)了我國環(huán)境基準(zhǔn)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程，為提高環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)制修訂和污染控制的科學(xué)性、規(guī)范性和適用性作出重要貢獻(xiàn)。獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級一等獎(jiǎng)5項(xiàng)；獲何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、國際環(huán)境毒理與環(huán)境化學(xué)學(xué)會(huì)政府服務(wù)獎(jiǎng)、國家科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才和全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)拢?020年獲全國第二屆創(chuàng)新爭先獎(jiǎng)狀。
21世紀(jì)初，水體污染成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，這其中，松花江重大水污染、太湖大規(guī)模藍(lán)藻水華等事件，讓全社會(huì)對水污染問題投入了極大關(guān)注。為了徹底扭轉(zhuǎn)水污染帶來的被動(dòng)局面，2007年，我國啟動(dòng)了“水體污染控制和治理重大專項(xiàng)”，系統(tǒng)解決水環(huán)境治理問題。經(jīng)過10多年的努力，曾經(jīng)的綠水青山再次回到我們面前。在“水專項(xiàng)”啟動(dòng)前，我國優(yōu)良水體，也就是一類到三類水體斷面的比例只有55%，而到2022年，全國優(yōu)良水體斷面比例大幅上升至87.9%，劣五類水體從20.8%下降到0.7%；“水專項(xiàng)”啟動(dòng)前，城鎮(zhèn)供水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率僅為58%，2019年，已經(jīng)提高到96%以上。是什么重新點(diǎn)亮了江河湖泊的美麗秀色，讓問題水變成放心水？
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水體污染控制和治理是一項(xiàng)技術(shù)約束型的行業(yè)，有極強(qiáng)的社會(huì)公益屬性。它不能全靠市場經(jīng)濟(jì)手段，更需要有組織地開展集中攻關(guān)，充分發(fā)揮我國新型舉國體制優(yōu)勢。10多年來，我國集中了全國最優(yōu)秀的科研力量，包括300多家科研院所、10多所高校、100多家企業(yè)、4萬余名科技人員，組成了產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，探索了完整高效的產(chǎn)學(xué)研用合作技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，邊研究邊應(yīng)用，大幅提升了我國水污染控制治理能力現(xiàn)代化水平和綜合治理效能。
遍布全國的“眼睛”
水質(zhì)是水污染治理最重要、最關(guān)鍵的指標(biāo)。水質(zhì)監(jiān)測，就像環(huán)境保護(hù)的眼睛，如何快速準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)監(jiān)測，是國家水污染治理和管理的基礎(chǔ)和依據(jù)，非常重要。以往我們的水質(zhì)監(jiān)測，主要是靠人工采樣、手工監(jiān)測，采樣人員經(jīng)常要跋山涉水去很遠(yuǎn)的地方。因?yàn)橛械暮恿?、湖泊是在深山老林里面，從樣品的采集、運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室，人力物力投入比較大，監(jiān)測耗時(shí)長，樣品也不易保存，所以不能真實(shí)地反映實(shí)際水質(zhì)的真實(shí)狀況。同時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)是靠人工報(bào)送，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性也難以保障，存在著很多監(jiān)管盲區(qū)。經(jīng)過10多年的產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，我們克服了大量科技和標(biāo)準(zhǔn)化難題，取得了重大突破。
一是全國建網(wǎng)。我國從南到北、從東到西，水系是非常復(fù)雜的，水質(zhì)、水量差異非常大，有的地方水很少，有的地方水很多，影響因素又比較多。我們系統(tǒng)地搞清楚了全國流域的水系，結(jié)合行政區(qū)域邊界，還有一些重要的污染源企業(yè)的分布以及重要河流、湖泊、水庫的特征，按照國際最新的流域水生態(tài)功能分區(qū)的思路，在全國1835條流域和210個(gè)湖庫上重點(diǎn)設(shè)置了1837個(gè)水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測站。
二是自動(dòng)監(jiān)測。建網(wǎng)以后需要解決監(jiān)測哪些指標(biāo)的問題，我們系統(tǒng)分析了全國不同區(qū)域、不同類型水環(huán)境變化的規(guī)律，篩選提出了9+N，也就是COD（化學(xué)需氧量）、氨氮、總氮、總磷等9個(gè)指標(biāo)，再加一些特征指標(biāo)。9+N的自動(dòng)監(jiān)測指標(biāo)體系能夠達(dá)到差異化水環(huán)境管理的要求，更重要的是，研制出了適合我國水質(zhì)梯度的同步自動(dòng)監(jiān)測儀器。自動(dòng)監(jiān)測儀器的核心設(shè)備實(shí)現(xiàn)了100%的國產(chǎn)化，進(jìn)口儀器原來每個(gè)水站需要300萬元，現(xiàn)在國產(chǎn)儀器只需要50萬元，而且性能非常穩(wěn)定。
三是建設(shè)平臺。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸、智能審核、預(yù)警預(yù)報(bào)、智能化管理和調(diào)控決策支持系統(tǒng)的一系列關(guān)鍵技術(shù)。建設(shè)了由國家、流域、省級、地市級組成的四級水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測業(yè)務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)了對我國十大重點(diǎn)流域的水質(zhì)監(jiān)測評價(jià)，重點(diǎn)水源地以及跨省界水質(zhì)管理的預(yù)報(bào)預(yù)警，形成了自動(dòng)站和信息化建設(shè)的系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前每月可審核數(shù)據(jù)2000萬條以上，可累計(jì)產(chǎn)生監(jiān)測數(shù)據(jù)760多萬條，質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)和監(jiān)測運(yùn)行日志達(dá)到950萬多條，數(shù)據(jù)有效率在95%以上。
目前國家水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)在我國水環(huán)境質(zhì)量評估、考核、監(jiān)管等業(yè)務(wù)化工作中發(fā)揮了非常重要的作用。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)的建設(shè)是我國重大管理需求驅(qū)動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用合作模式的成功典范，通過業(yè)務(wù)運(yùn)維的標(biāo)準(zhǔn)化，推動(dòng)形成了自動(dòng)監(jiān)測的硬件生產(chǎn)、軟件開發(fā)、試劑供應(yīng)和系統(tǒng)運(yùn)營等上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。到目前為止，帶動(dòng)了全國一萬多個(gè)省、市、區(qū)、縣監(jiān)測預(yù)警平臺的建設(shè)和上千億元的工程投資。我國自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)是目前為止世界上規(guī)模最大、功能最齊全、發(fā)揮效果最好的監(jiān)測網(wǎng)，它的業(yè)務(wù)化運(yùn)行在我國環(huán)境保護(hù)歷史上具有重要的里程碑意義，標(biāo)志著我國水環(huán)境實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理、無死角監(jiān)控、責(zé)任垂直落實(shí)，水質(zhì)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)了智能化和信息化。
讓科研成果實(shí)現(xiàn)從“書架”到“貨架”的順利對接
政府與市場協(xié)同發(fā)力，共建智能化水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)，體現(xiàn)了新型舉國體制強(qiáng)大的動(dòng)員能力和攻堅(jiān)克難的巨大執(zhí)行力。長期以來，我國環(huán)保裝備制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力不足，核心裝備國產(chǎn)化率較低。面對巨大的市場需求，企業(yè)有動(dòng)力，但是缺乏核心技術(shù)；而科研單位的成果又常常局限于“書架”和“實(shí)驗(yàn)室”?？萍贾卮髮ｍ?xiàng)恰恰是在政府與市場之間架起了一座橋梁，打通了產(chǎn)學(xué)研用之間的通道，讓科研成果實(shí)現(xiàn)從“書架”到“貨架”的順利對接。水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)為監(jiān)測和評估全國的水質(zhì)狀況提供了可靠依據(jù)，而臭氧發(fā)生器等高科技裝備的重大突破，則為污水治理提供了技術(shù)保障。經(jīng)過10多年的努力，水專項(xiàng)在工業(yè)廢水治理、城鎮(zhèn)污水治理和飲用水安全保障治理等重點(diǎn)領(lǐng)域一次次取得突破，我國的各類水體質(zhì)量不斷好轉(zhuǎn)。
工業(yè)廢水處理是困擾企業(yè)的關(guān)鍵性環(huán)保難題，為了幫助企業(yè)解決好工業(yè)廢水處理問題，“水專項(xiàng)”以企業(yè)實(shí)際需求為導(dǎo)向，在治理技術(shù)、治理效果、治理成本等多個(gè)方面設(shè)置專項(xiàng)課題進(jìn)行研究，一步步推動(dòng)了我國工業(yè)水污染控制技術(shù)的進(jìn)步。經(jīng)過10多年的努力，我國主要工業(yè)廢水和污染物排放占比平均下降了20個(gè)百分點(diǎn)，兩種主要污染物——化學(xué)需氧量和氨氮大幅下降了80%到90%，多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國際領(lǐng)先。
除了工業(yè)廢水凈化，城鎮(zhèn)污水處理也是水專項(xiàng)的一個(gè)重要課題。2006年，原國家環(huán)?？偩痔岢鲆?，污水廠凈化水向重點(diǎn)流域或者湖庫等水域排放時(shí)，必須執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，水體懸浮物、總氮、總磷等物質(zhì)的含量必須達(dá)標(biāo)。這對于當(dāng)時(shí)的大部分污水處理廠來說，都難以達(dá)標(biāo)，都需要改造升級。當(dāng)時(shí)國內(nèi)沒有可參照的工程經(jīng)驗(yàn)，國際上也沒有成熟的技術(shù)方案，如何才能執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，大家心里沒底。因此圍繞一級A提標(biāo)改造核心技術(shù)，我們組織產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，選擇了無錫市蘆村污水處理廠作為典型示范，邊研究邊應(yīng)用，打造出了全國首座一級A提標(biāo)改造的樣板工程。“水專項(xiàng)”作為國家課題，聚焦我國城鎮(zhèn)污水處理廠改造升級，組織國內(nèi)多家優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)共同攻關(guān)，打造了世界領(lǐng)先、成本可控的技術(shù)體系，全面達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。推動(dòng)太湖流域成為全國首個(gè)污水處理整體達(dá)標(biāo)的區(qū)域，引領(lǐng)帶動(dòng)巢湖、京津冀、三峽庫區(qū)和滇池等重點(diǎn)流域，開展污水處理提標(biāo)改造，并進(jìn)一步輻射至多項(xiàng)國家重大工程。污水處理廠提標(biāo)改造的技術(shù)服務(wù)和產(chǎn)品深受市場歡迎，銷售額已突破500億元，帶動(dòng)了萬億級的城鎮(zhèn)水環(huán)境工程設(shè)施建設(shè)和效能提升。
水污染治理中最受公眾關(guān)注、與日常生活息息相關(guān)的，無疑是飲用水。10多年前，我國飲用水的深度處理、輸配技術(shù)相對比較落后。曾經(jīng)某一時(shí)段，出現(xiàn)過水龍頭流黃水的現(xiàn)象，應(yīng)急的處理方法，就是讓居民大量地放水，直到它變清為止。2008年北京黃水問題，就是因?yàn)楫?dāng)時(shí)北京調(diào)用了河北黃壁莊水庫的水。河北來的水和北京的供水水質(zhì)上有微小的差異，所以使管網(wǎng)管垢中多年已經(jīng)形成的平衡被打破了，造成部分供水發(fā)生流黃水的現(xiàn)象。我們提出了兩項(xiàng)具有普適性的水源切換管網(wǎng)黃水的預(yù)測指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就可以判別水源切換時(shí)，管網(wǎng)是否敏感，是否容易流黃水。在南水北調(diào)大規(guī)模進(jìn)京的時(shí)候，我們提早繪制了1.5萬多公里長的北京管網(wǎng)黃水風(fēng)險(xiǎn)分布圖，針對判別出來存在流黃水風(fēng)險(xiǎn)的這些地區(qū)，和水廠同志一起，制定逐步提高外來水比例的技術(shù)方案，過了一段時(shí)間，完全切換成新水源。在這個(gè)過程中，我們還要同時(shí)調(diào)節(jié)水廠消毒劑的投加量，對管網(wǎng)末梢的余氯加以控制，達(dá)到綜合調(diào)控、維持管網(wǎng)穩(wěn)定性的目的。這套技術(shù)方法，在南水北調(diào)北京受水區(qū)得到了比較成功的應(yīng)用。目前南水北調(diào)來水已占整個(gè)北京城區(qū)日供水量的70%以上，沒有發(fā)生過大面積流黃水的現(xiàn)象，有力支撐了南水進(jìn)京后首都供水安全保障。同時(shí)這套技術(shù)方法還推廣到其他受水區(qū)，如山東的濟(jì)南、河南的鄭州等，以及南水北調(diào)東中線一期工程。
“產(chǎn)學(xué)研用合作駐點(diǎn)”發(fā)揮重要作用
10多年來，“水專項(xiàng)”在長江中下游部署了50多個(gè)合作駐點(diǎn)團(tuán)隊(duì)，由科技部、生態(tài)環(huán)境部集結(jié)國家百城千縣、萬名專家，實(shí)施大規(guī)?？萍紟头鲂袆?dòng)，深入一線，解決長江流域突出的生態(tài)環(huán)境問題。2021年，長江干流一到三類優(yōu)良水體斷面比例為92%，較2015年的73%，上升了19個(gè)百分點(diǎn)；國內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)到53萬億元，較2015年增長了73%，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的雙贏。新型舉國體制下的“產(chǎn)學(xué)研用合作駐點(diǎn)”模式，由政府牽頭、科研院所研發(fā)、企業(yè)落實(shí)，與地方治污工程建設(shè)深度融合，是一大成功的探索和實(shí)踐，在我國典型流域和重點(diǎn)地區(qū)發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，這一機(jī)制在京津冀生態(tài)廊道建設(shè)中，也發(fā)揮了重要的支撐作用。
永定河治理中產(chǎn)學(xué)研用合作模式就是一個(gè)典型例子。美麗的永定河是京津冀三條生態(tài)廊道之一，非常漂亮，是華北地區(qū)非常靚麗的一道風(fēng)景線。自上個(gè)世紀(jì)80年代以來，官廳水庫以下常年斷流，水體自凈能力比較差，生態(tài)受損。2016年國家發(fā)展改革委、水利部、原國家林業(yè)局聯(lián)合印發(fā)《永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)總體方案》。2018年6月，北京、天津、河北和山西四地政府與戰(zhàn)略投資人共同出資組建永定河流域投資有限公司，負(fù)責(zé)永定河流域的總體治理。生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部與河北、北京、天津地方政府簽署了部省共同推進(jìn)實(shí)施合作備忘錄，納入水十條績效考核。確立了地方首長和首席科學(xué)家負(fù)責(zé)制，地方是責(zé)任主體，對環(huán)境質(zhì)量改善負(fù)責(zé)，科學(xué)家負(fù)責(zé)技術(shù)攻關(guān)和科學(xué)目標(biāo)的完成，企業(yè)負(fù)責(zé)落地和實(shí)施，地方政府負(fù)責(zé)管理、組織、協(xié)同和配套政策，產(chǎn)學(xué)研用各有分工，密切合作。
經(jīng)過多年的努力，產(chǎn)學(xué)研用合作支撐了永定河78個(gè)修復(fù)工程，總投資在370億元以上，取得了顯著效果。865公里長的永定河，實(shí)現(xiàn)了40年來的首次全線通水，媯水河水質(zhì)明顯改善，世園會(huì)周邊8000米枯河重現(xiàn)清流，有效保障了2022年冬季奧運(yùn)會(huì)和北京世園會(huì)等重大項(xiàng)目的實(shí)施。永定河上游新增水源涵養(yǎng)林面積6.65萬平方公頃，水生態(tài)系統(tǒng)也得到有效恢復(fù)。與2007年相比，京津冀三省市，2020年優(yōu)良水體斷面的比例增加了34%，有效支撐實(shí)現(xiàn)有河有水、有水有魚、有魚有草、人水和諧，助力了京津冀協(xié)同發(fā)展、雄安新區(qū)、北京城市副中心等一大批國家重大戰(zhàn)略的實(shí)施。
為了讓老百姓喝上放心水，10多年來，“水專項(xiàng)”針對黃水、高藻水、嗅味等飲用水的突出問題，研發(fā)出一系列核心技術(shù)與設(shè)備，構(gòu)建了從源頭到龍頭的飲用水安全保障技術(shù)體系。同時(shí)，在太湖流域、京津冀、南水北調(diào)沿線等重點(diǎn)區(qū)域，開展了綜合示范和推廣應(yīng)用。全國城市供水水質(zhì)抽查達(dá)標(biāo)率已由2009年的58.2%，提高到近年的96%以上，直接受益人口超過1億，惠及人口5億多。
我們趕上了一個(gè)非常好的時(shí)代，以國家重大戰(zhàn)略和解決問題為導(dǎo)向的產(chǎn)學(xué)研用合作和舉國體制，是被證明的非常重要的兩條寶貴經(jīng)驗(yàn)。生態(tài)文明建設(shè)為產(chǎn)學(xué)研用提供了廣闊的舞臺。治水之路沒有終點(diǎn)，未來我們還要繼續(xù)堅(jiān)持和持續(xù)發(fā)揮新型舉國體制的優(yōu)勢，充分發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用合作的疊加效應(yīng)，為美麗中國建設(shè)保駕護(hù)航。（吳豐昌）
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