“水专项”让问题水变成放心水

  吴丰昌，中国工程院院士。长期致力于环境基准与污染风险防控理论、研发技术与工程实践，在环境基准理论方法、关键技术和工程应用等方面取得了创新性成果，在环境标准制修订、管理制度创建、业务应用和流域环境风险防控工程建设方面发挥了关键作用，推动了我国环境基准领域的发展进程，为提高环境标准制修订和污染控制的科学性、规范性和适用性作出重要贡献。获国家科学技术进步二等奖2项、省部级一等奖5项；获何梁何利科学与技术进步奖、国际环境毒理与环境化学学会政府服务奖、国家科学技术创新领军人才和全国五一劳动奖章；2020年获全国第二届创新争先奖状。

  21世纪初，水体污染成为中国经济社会发展的重大挑战，这其中，松花江重大水污染、太湖大规模蓝藻水华等事件，让全社会对水污染问题投入了极大关注。为了彻底扭转水污染带来的被动局面，2007年，我国启动了“水体污染控制和治理重大专项”，系统解决水环境治理问题。经过10多年的努力，曾经的绿水青山再次回到我们面前。在“水专项”启动前，我国优良水体，也就是一类到三类水体断面的比例只有55%，而到2022年，全国优良水体断面比例大幅度上升至87.9%，劣五类水体从20.8%下降到0.7%；“水专项”启动前，城镇供水水质达标率仅为58%，2019年，已经提高到96%以上。是什么重新点亮了江河湖泊的美丽秀色，让问题水变成放心水？

  水体污染控制和治理是一项技术约束型的行业，有极强的社会公益属性。它不能全靠市场经济手段，更需要有组织地开展集中攻关，充分的发挥我国新型制优势。10多年来，我国集中了全国最优秀的科研力量，包括300多家科研院所、10多所高校、100多家企业、4万余名科学技术人员，组成了产学研用联合攻关团队，探索了完整高效的产学研用合作技术链和产业链，边研究边应用，大幅度的提高了我国水污染控制治理能力现代化水平和综合治理效能。

  水质是水污染治理最重要、最关键的指标。水质监测，就像环境保护的眼睛，如何快速准确地实时监测，是国家水污染治理和管理的基础和依据，很重要。以往我们的水质监测，主要是靠人工采样、手工监测，采样人员经常要跋山涉水去很远的地方。因为有的河流、湖泊是在深山老林里面，从样品的采集、运送到实验室，人力物力投入比较大，监测耗时长，样品也不易保存，所以不能真实地反映实际水质的真实状况。同时监测数据是靠人工报送，数据的实时性和准确性也难以保障，存在着很多监管盲区。经过10多年的产学研用联合攻关，我们克服了大量科技和标准化难题，取得了重大突破。

  一是全国建网。我国从南到北、从东到西，水系是很复杂的，水质、水量差异非常大，有的地方水很少，有的地方水很多，影响因素又比较多。我们系统地搞清楚了全国流域的水系，结合行政区域边界，还有一些重要的污染源企业的分布以及重要河流、湖泊、水库的特征，按照国际最新的流域水生态功能分区的思路，在全国1835条流域和210个湖库上重点设置了1837个水环境自动监测站。

  二是自动监测。建网以后要解决监测哪些指标的问题，我们系统分析了全国不一样的区域、不一样水环境变化的规律，筛选提出了9+N，也就是COD（化学需氧量）、氨氮、总氮、总磷等9个指标，再加一些特征指标。9+N的自动监测指标体系能达到差异化水环境管理的要求，更重要的是，研制出了适合我国水质梯度的同步自动监测仪器。自动监测仪器的核心设备实现了100%的国产化，进口仪器原来每个水站需要300万元，现在国产仪器只需要50万元，而且性能非常稳定。

  三是建设平台。实现了自动监测数据传输、智能审核、预警预报、智能化管理和调控决策支持系统的一系列关键技术。建设了由国家、流域、省级、地市级组成的四级水质自动监测业务平台，实现了对我国十大重点流域的水质监测评价，重点水源地以及跨省界水质管理的预报预警，形成了自动站和信息化建设的系列技术标准。目前每月可审核数据2000万条以上，可累计产生监测数据760多万条，质控数据和监测运行日志达到950万多条，数据有效率在95%以上。

  目前国家水质监测网在我国水环境质量评估、考核、监管等业务化工作中发挥了很重要的作用。水质自动监测网的建设是我国重大管理需求驱动产学研用合作模式的成功典范，通过业务运维的标准化，推动形成了自动监测的硬件生产、软件开发、试剂供应和系统运营等上下游产业高质量发展的技术链和产业链。到目前为止，带动了全国一万多个省、市、区、县监测预警平台的建设和上千亿元的工程投资。我国自动监测网是目前为止世界上顶级规模、功能最齐全、发挥效果最好的监测网，它的业务化运行在我国环境保护历史上具备极其重大的里程碑意义，标志着我国水环境实现了统一管理、无死角监控、责任垂直落实，水质监测实现了智能化和信息化。

  政府与市场协同发力，共建智能化水质监测网，体现了新型制强大的动员能力和攻坚克难的巨大执行力。长期以来，我国环保装备制造业技术创造新兴事物的能力不足，核心装备国产化率较低。面对巨大的市场需求，企业有动力，但是缺乏核心技术；而科研单位的成果又常常局限于“书架”和“实验室”。科技重大专项恰恰是在政府与市场之间架起了一座桥梁，打通了产学研用之间的通道，让科研成果实现从“书架”到“货架”的顺利对接。水质监测网为监测和评估全国的水质状况提供了可靠依据，而臭氧发生器等高科技装备的重大突破，则为污水治理提供了技术保障。经过10多年的努力，水专项在工业废水治理、城镇污水治理和饮用水安全保障治理等重点领域一次次取得突破，我国的各类水体质量不断好转。

  工业废水净化处理是困扰企业的关键性环保难题，为帮助企业解决好工业废污水处理问题，“水专项”以企业实际的需求为导向，在治理技术、治理效果、治理成本等多个角度设置专项课题进行研究，一步步推动了中国工业水污染控制技术的进步。经过10多年的努力，我国主要工业废水和污染物排放占比平均下降了20个百分点，两种主要污染物——化学需氧量和氨氮一下子就下降了80%到90%，多项技术已实现了国际领先。

  除了工业废水净化，城镇污水处理也是水专项的一个重要课题。2006年，原国家环保总局提出要求，污水厂净化水向重点流域或者湖库等水域排放时，一定得执行一级A标准，水体悬浮物、总氮、总磷等物质的含量必须达标。这对于当时的大部分污水处理厂来说，都难以达标，都需要改造升级。当时国内没有可参照的工程经验，国际上也没有成熟的技术方案，怎么样才可以执行一级A排放标准，大家心里没底。因此围绕一级A提标改造核心技术，我们组织产学研用联合攻关，选择了无锡市芦村污水处理厂作为典型示范，边研究边应用，打造出了全国首座一级A提标改造的样板工程。“水专项”作为国家课题，聚焦我国城镇污水处理厂改造升级，组织国内多家优秀团队共同攻关，打造了世界领先、成本可控的技术体系，全面达到一级A标准。推动太湖流域成为全国首个污水处理整体达标的区域，引领带动巢湖、京津冀、三峡库区和滇池等重点流域，开展污水处理提标改造，并进一步辐射至多项国家重大工程。污水处理厂提标改造的技术服务和产品深受市场欢迎，销售额已突破500亿元，带动了万亿级的城镇水环境工程设施建设和效能提升。

  水污染治理中最受公众关注、与日常生活息息相关的，无疑是饮用水。10多年前，我国饮用水的深度处理、输配技术相对来说还是比较落后。曾经某一时段，出现过水龙头流黄水的现象，应急的处理方法，就是让居民大量地放水，直到它变清为止。2008年北京黄水问题，就是因为当时北京调用了河北黄壁庄水库的水。河北来的水和北京的供水水质上有微小的差异，所以使管网管垢中多年已形成的平衡被打破了，造成部分供水发生流黄水的现象。我们提出了两项具有普适性的水源切换管网黄水的预测指标标准，通过这一个标准就可以判别水源切换时，管网是否敏感，是否容易流黄水。在南水北调大规模进京的时候，我们提早绘制了1.5万多公里长的北京管网黄水风险分布图，针对判别出来存在流黄水风险的这些地区，和水厂同志一起，制定慢慢地提高外来水比例的技术方案，过了一段时间，完全切换成新水源。在这样的一个过程中，我们还需要同时调节水厂消毒剂的投加量，对管网末梢的余氯加以控制，达到综合调控、维持管网稳定性的目的。这套技术方法，在南水北调北京受水区得到了比较成功的应用。目前南水北调来水已占整个北京城区日供水量的70%以上，没发生过大面积流黄水的现象，有力支撑了南水进京后首都供水安全保障。同时这套技术方法还推广到其他受水区，如山东的济南、河南的郑州等，以及南水北调东中线一期工程。

  10多年来，“水专项”在长江中下游部署了50多个合作驻点团队，由科技部、生态环境部集结国家百城千县、万名专家，实施大规模科技帮扶行动，深入一线，解决长江流域突出的生态环境问题。2021年，长江干流一到三类优良水体断面比例为92%，较2015年的73%，上升了19个百分点；国内生产总值达到53万亿元，较2015年增长了73%，实现了生态环境和社会经济的双赢。新型制下的“产学研用合作驻点”模式，由政府牵头、科研院所研发、企业落实，与地方治污工程建设深层次地融合，是一大成功的探索和实践，在我国典型流域和重点地区发挥了及其重要的作用。同时，这一机制在京津冀生态廊道建设中，也发挥了重要的支撑作用。

  永定河治理中产学研用合作模式就是一个典型例子。美丽的永定河是京津冀三条生态廊道之一，很美，是华北地区非常靓丽的一道风景线年代以来，官厅水库以下常年断流，水体自净能力比较差，生态受损。2016年国家发展改革委、水利部、原国家林业局联合印发《永定河综合治理与生态修复总体方案》。2018年6月，北京、天津、河北和山西四地政府与战略投资人共同出资组建永定河流域投资有限公司，负责永定河流域的总体治理。生态环境部、住房和城乡建设部与河北、北京、天津地方政府签署了部省共同推进实施合作备忘录，纳入水十条绩效考核。确立了地方首长和首席科学家负责制，地方是责任主体，对环境质量改善负责，科学家负责技术攻关和科学目标的完成，企业负责落地和实施，地方政府负责管理、组织、协同和配套政策，产学研用各有分工，密切合作。

  经过多年的努力，产学研用合作支撑了永定河78个修复工程，总投资在370亿元以上，取得了显著效果。865公里长的永定河，实现了40年来的首次全线通水，妫水河水质显著改善，世园会周边8000米枯河重现清流，有效保障了2022年冬季奥运会和北京世园会等重点项目的实施。永定河上游新增水源涵养林面积6.65万平方公顷，水ECO也得到一定效果恢复。与2007年相比，京津冀三省市，2020年优良水体断面的比例增加了34%，有效支撑实现有河有水、有水有鱼、有鱼有草、人水和谐，助力了京津冀协同发展、雄安新区、北京城市副中心等一大批国家重大战略的实施。

  为了让老百姓喝上放心水，10多年来，“水专项”针对黄水、高藻水、嗅味等饮用水的明显问题，研发出一系列核心技术与设备，构建了从源头到龙头的饮用水安全保障技术体系。同时，在太湖流域、京津冀、南水北调沿线等重点区域，开展了综合示范和推广应用。全国城市供水水质抽查达标率已由2009年的58.2%，提高到近年的96%以上，直接受益人口超过1亿，惠及人口5亿多。

  我们赶上了一个非常好的时代，以国家重大战略和解决实际问题为导向的产学研用合作和制，是被证明的很重要的两条宝贵经验。生态文明建设为产学研用提供了广阔的舞台。治水之路没有终点，未来我们还需要继续坚持和持续发挥新型制的优势，充分的发挥产学研用合作的叠加效应，为美丽中国建设保驾护航。（吴丰昌）