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中國給水排水戰略聯盟 (309位行業代表了)
中國給水排水戰略聯盟
2014年曲久輝院士對中國環境技術評價與預測
尊敬的各位領導、各位專家:
大家上午好!
中國科技正在發生變化,環境科技也會隨之而變。我們為什么要研究環境科技?我認為解決問題是其核心驅動力。解決中國環境問題,第一生產力應該是管理,第二或第三生產力才是科技。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。而帶動技術發展的一定是產業,所以我認為此次在宜興召開2014(第二屆)中國環保技術與產業發展推進會,對于推動中國環保產業的發展具有重要意義。
水處理技術的變革
在過去的一百多年,世界發生了天翻地覆的變化,而其中經歷最痛苦的變化就是環境污染。于是,在一百年前人們就開始創造著如何保護我們環境和健康的新技術。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,在環境領域中有諸多里程碑的事件,比如1902年發明的氯氣消毒,1894年發明的Fenton水處理法,1914年發明的活性污泥法,處理原理無法表達水中的物質,我認為COD的發展是一項重大的發明。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?中國的環境技術到底處于什么樣的水平?什么是環境技術發展的主流方向?
中國生態環境技術評估
最近,我們開展了中國環境技術預測研究,涉及三大方面,包括生態修復、水污染控制、大氣污染控制、土壤污染控制等在內的15個子領域,得出一個基本結論:
1.中國的環境技術的發展起步比較晚,但是發展迅速。
我國環境問題是在近30年才集中出現并被社會公眾所關注,環境技術應運而生。 2000年以來,我國環境技術快速發展,特別是近5年來進入了快速發展階段。國家環保法規的實施以及國家在本領域科技投入持續增大,是環境技術快速發展的重要推動力。
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布局。但是,也要承認,同國際發達國家領先水平相比,我們仍有很大的差距。中國的環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.產出多,但研究質量待提升。
與此同時,由于加大了環境科技的投入力度,使成果產出和研究質量不斷提高,我國環境領域論文發表總數僅次于美國,且增速明顯高于其它國家;一些子領域專利技術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。我國環境技術論文質量與發達國家存在較大差距,SCI論文被引頻次顯著少于發達國家,原創性技術較少,核心技術創造不足。比如雖然發表了一些論文,但是核心技術專利不足。在研究過程中,我們還是偏基礎,產業化水平較低。
以工業廢水處理技術發展為例看中國環保技術和產業發展差距
工業廢水處理在國際和國內都得到了越來越廣泛的關注。有關工業廢水處理的技術開發仍是重點,工業廢水處理產業化快速發展。中國的工業污染現在仍然是水、土壤、大氣污染的重要來源,不得不承認,工業廢水的問題并未真正解決,工業廢水仍然是影響環境質量的重要挑戰。正因為如此,過去的一些年,在以中國為代表的發展中國家帶動下,工業廢水問題引起了更多的國際關注,包括發達國家對發展中國家的關注,以及發展中國家對自己環境問題的關注。
1.技術原理創新性不強
首先是我們技術原理的創新性不強。我國大部分工業廢水處理技術的研究跟蹤國際動態比較及時(如過濾、吸附、混凝等)。我國原創性研究能力與國際相比尚有差距,研究表明,我們雖然發表了一些論文,但是和國際主流技術原理的發現相比,中國仍然比發達國家平均滯后約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,用常規知識無法解釋其實驗現象。結合1977年奧地利理論化學家Broda的化學熱力學預測,在國際上首次發現了anammox(厭氧氨氧化)現象,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
中國從2005年開始論文發表效率迅速,2012年中國的SIC論文數量開始和美國持平,后發優勢比較明顯。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很少,但發展呈快速上升趨勢,2009至2012年發展迅速,其中2011已經超過了日本。水污染控制的核心專利主要集中在美國、韓國、日本、德國等發達國家,美國占絕對優勢,核心專利比例約占三分之一。但是,中國專利技術是零散的,專利缺乏原創性的科學支持。發達國家已經完成技術發展的基礎階段,它的論文向專利的轉化非常高,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.核心技術多由發達國家掌握
研究表明,核心專利被引次數多,專利家族規模大,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很少,近些年來,中國發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保技術產業發展。核心專利技術往往掌握在能夠進行原理發現和原理創造的地區和國家之中。
4.中國企業沒有成為創新主體
另一個事實是中國企業并沒有成為創新主體。多年來我們一直在倡導企業要成為創新主體,但這種倡導并沒有明顯提升企業的創造力。
國際水污染控制主要專利權人
10所核心專利技術機構
技術預測研究發現,10所機構全部為企業(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保企業。我國的創新主體仍然是高校和科研院所,企業創新能力不足、力量分散。中國也有一些企業成為后起之秀,如無錫光化華、北京碧水園等企業。根據2010“綠色中國”環保企業評選結果,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、桑德環保名列前5。
我國相關企業申請專利技術發展情況
我國工業廢水處理技術競爭力總體評估
發達國家通過產業轉移規避了污染治理問題,而我國長期居于產業鏈下游,承受了嚴重的水環境污染壓力,也產生了強烈、復雜和多樣的工業廢水處理技術的需求?傮w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廢水處理技術研究在國際際上有較高比重。
中國現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。中國人的強項與優勢,就是學習、模仿、集成、應用能力強。學習完了以后可以發文章,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達國家基本沒有的技術需求。我們是發展中國家的典范,而發展中國家又被國際關注,所以中國特有的問題成為我們環保技術發展和產業推動的世界典范。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、鋼鐵等行業得到了重點推廣和應用。
低碳、循環、健康:環境保護與治理技術及產業方向
了解了我國環保技術目前所處的階段與水平,那么,中國環境發展的主流方向是什么?特別是在產業結構、經濟結構、科技結構調整中,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,科技的發展一定會受科技發展本身的影響。在過去五百年里,我們經歷了五次工業革命,五百年工業革命始終照耀在西方的天空,中國始終沒有享受到科技發展帶來的應有燦爛。原因就是在前四次工業革命中,我們一直是落后的。
現在有一種主流觀點認為,中國不管發展什么樣的技術和進行什么樣的產業結構調整,關注的首要問題一定是要解決環境污染的問題。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性等問題,在全球氣候變化下,我認為低碳、循環、健康技術應該是未來環保技術的主流方向。
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系統的變化有一個全面的認識。生物學的發展一定會帶動環?萍几锩缘陌l展。新生物技術使我們在分子水平上認識環境影響下的各類生物及不同營養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、發展一種材料、創造一種技術。比如生物技術與工程技術的應用化開發,利用基因工程獲取高效微生物菌種,開發微生物菌劑。
2.物質可否合理循環?
循環就是要高效率地物質循環利用,而不只是靠我們人為想象的形成一個閉絡循環。在談循環的時候,人們往往有一種錯誤的觀念,就是認為循環是從物質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。物質可否合理循環?比如氮磷是非常有限的資源,如何在環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,都要保證生態系統和人體的安全。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境敏感生態群落的影響,要建立基于水質健康評價水質的標準。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構和功能。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)造成的生態影響超過污染物的直接損害。基于水質標準評價水質的局限性,構建如下標準與效應協同調控工藝。
清潔水處理技術是水污染控制技術和產業的重要方向。我們要重點發展物理技術,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展。這些技術在宜興乃至整個中國,都是長期的技術和產業發展方向。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:未來環保技術和產業發展的重要方向
提升環保產業品質,必須要通過先進技術改造提升傳統產業,催生新興環境技術的發展,突破技術研發與產業發展脫節的瓶頸。所以,低碳、循環、健康是環保產業的主流方向。而實現設備化、成套化、智能化,將成為增強企業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業的重要機會。另外,在產業的發展過程中,要擴大或拓展服務業的內涵和外延,帶動環保產業升級。