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“‘灰绿结合’是水污染治理的必由之路。”近年来,中国工程院院士任南琪不止一次公开表明这一观点。他提到的“灰”是指污水处理厂中的机械、设备等人工系统,“绿”则指自然生态系统,能够发挥净化作用。
“‘灰绿结合’并非新事物。过去,我们的祖先就是靠自然系统的自净能力来处理污水。我们建设污水处理厂的初衷是弥补自然生态系统净化能力的不足,而不是将之全盘否定。但随着工业化发展,人们逐渐把自然生态系统这一‘绿色’手段遗忘了,反而过度依赖污水处理厂消耗资源、能源的‘灰色’手段。‘灰绿结合’的理念就是要扭转这一现象。”任南琪进一步阐释。
实际上,自然生态系统对污水中氮、磷的去除效率非常高。任南琪告诉记者:“自然生态系统的优势恰恰是污水处理厂的缺陷所在。目前,污水处理厂对于水中总氮的高标准去除没有技术支撑。另外,只要向污水中投药,便可以将磷数值降到很低。但从全生命周期碳足迹来看,投药本身就会产生碳排放。如果把氮和磷交给自然生态系统处理,既能达到极高的水质标准,又可以降低碳排放量。要实现这一目标的前提,是构建起包含挺水植物、沉水植物的完整生态塘系统。”
“过去,污水处理行业一直将‘减污’作为关注重点,现在已经到了减污降碳协同阶段。未来,不断提高污水处理排放标准并非大势所趋,污水处理领域的高质量发展要走生态优先、节约集约、绿色低碳的道路。‘灰’会产碳,但‘绿’又能形成碳汇,二者结合,将更好地推动污水处理行业实现碳中和。”任南琪说。
研发碳中和辅助技术
在任南琪看来,污水处理行业要实现减污降碳协同,研发碳中和辅助技术是另一突破点。
“当前,我国污水处理系统的构筑物、装备还不够节碳,今后要加大力度研发污水处理减污降碳技术。比如,污泥处理后产生的沼气可用于热电联产,包括对于风电、光能和污水源热泵的利用。将这些相当成熟的技术引入污水处理厂,可以大大减少其碳排放。”任南琪说。
2023年12月,国家发展改革委、住房和城乡建设部、生态环境部联合印发《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》,上述多项技术在其中得到明确。
“值得注意的是,污水源热泵的利用价值非常高。”任南琪介绍,污水处理厂最大的资源就是污水,污水处理厂通过能量回收,一方面可以实现自身碳中和,甚至形成碳汇交易盈余;另一方面能向厂外近距离供热(冷)。
“有了这一资源,我们不必到地下取地热源,污水源可以直接产生热能。根据我们在哈尔滨一家污水处理厂的研究案例核算,如果将污水源热泵的热源合理利用,将有可能解决我国北方寒冷地区的冬季采暖,南方地区几乎全年的供冷需求,这将带来很大的碳减排。”任南琪说。
以数字化技术助力碳减排
构建面向美丽中国的现代环境治理体系,离不开人工智能等数字化技术的应用。任南琪认为,通过智能化、数字化技术助力碳减排,是污水处理行业必须应对的问题。例如,污水处理厂的曝气工序耗能非常大,依托数字化技术实现精准曝气、控制、投药,可以减少能源、资源消耗,碳排放量也会自然而然减少。
目前,我国污水处理行业在数字化方面还有很大发展空间。尽管有些污水处理厂已经建立了智慧管控平台,但这种管控缺乏对数据的采集和对数据库的构建,轻基础、重前台。“平台的前台很美观,但很少对监测结果开展数字化分析和规划,没有真正运用大数据技术。”任南琪表示。
“数据是非常重要的生产要素,谁拿到了数据就拿到了资产。污水处理厂要走数字化道路,实时的数据监测、采集非常必要。而数据的采集首先要研发很多仪器、仪表,同时要厘清数据采集点在什么地方、应该如何采集、什么样的数据才是我们需要的等问题。此外,要强化数据清洗、机器学习等技术,这些还需要IT领域专家的支持。所以我国污水处理系统的智慧化还有很长的路要走。”任南琪说。
污水处理行业迈向减污降碳协同增效,理论上要有突破,技术上要有创新,最终要落脚到作为创新主体的污水处理企业。“相关部门应该帮助企业意识到减污降碳协同增效的重要性。同时,科研人员应该在研发绿色低碳的污水处理系统方面作出贡献,加速形成污水处理领域的新质生产力。既然我提出了‘灰绿结合’,我也将把这一理念落实到污水处理单元的研究上。”任南琪说。
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