對話任南琪院士:縱論海綿城市 筑夢綠色科技
近日,中國工程院院士、城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任任南琪做客深圳衛(wèi)視大灣區(qū)會客廳節(jié)目,縱論海綿城市、生物制氫,暢想綠色科技之夢。
任南琪院士是國際上最早提出利用有機(jī)廢水制取可再生資源氫氣的“連續(xù)流發(fā)酵法生物制氫技術(shù)”的科學(xué)家;他通過開發(fā)適合我國國情的高濃度有機(jī)工業(yè)廢水生物處理技術(shù)與設(shè)備,解決了制藥、印染、化工等近30個(gè)重污染企業(yè)的廢水處理問題,兩次獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。近年來,在任南琪院士的帶領(lǐng)下,團(tuán)隊(duì)深入研究,如何高效利用和科學(xué)管理寶貴的水資源。同時(shí),他們還致力于提高城市在面對降雨引發(fā)的災(zāi)害時(shí)的適應(yīng)性和恢復(fù)力,以增強(qiáng)城市的“韌性”和“彈性”。這項(xiàng)工作不僅關(guān)乎水資源的可持續(xù)利用,也關(guān)系到城市在極端天氣條件下的穩(wěn)健發(fā)展。
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打造“會呼吸”的城市
為內(nèi)澇與環(huán)境污染找到新出路
任南琪院士說,海綿城市一方面是解決內(nèi)澇問題,另一方面是解決環(huán)境污染問題。目前,國家有兩項(xiàng)重大需求,一是極端氣候,特別是城市內(nèi)澇問題,還有消除城市黑臭水體的問題,我們需要結(jié)合海綿城市建設(shè)解決這兩件大事。海綿城市是新一代城市雨洪管理理念,通俗來說就是城市能夠像海綿一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對降雨災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”。“滲、滯、蓄、凈、用、排”是海綿城市建設(shè)的六大核心。其中,“滲”能夠從源頭減少徑流,凈化初期雨水污染;“滯”可以延緩雨水峰值出現(xiàn)的時(shí)間,降低洪澇災(zāi)害;通過“蓄”降低峰值流量,為雨水利用提供條件;“凈”能夠有效降低污染,改善城市的水生態(tài)環(huán)境;“用”,通過合理利用雨水,提升城市環(huán)境品質(zhì);“排”能實(shí)現(xiàn)城市近零內(nèi)澇,提升城市的適應(yīng)能力。
在全球水資源日益緊張的背景下,我國作為世界上人口最多的國家之一,正面臨著嚴(yán)峻的水資源短缺問題。盡管擁有廣闊的領(lǐng)土和豐富的水系,但由于人口分布不均、水資源時(shí)空分布不平衡以及水污染等問題,中國被聯(lián)合國列為世界上13個(gè)貧水國之一。任南琪院士認(rèn)為:“雨水,甚至是污水都是重要的水資源,利用好,它們就能從城市的負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)變?yōu)閷氋F的財(cái)富。污水和雨水資源都是非常規(guī)水,它們的開發(fā)利用非常重要。例如,深圳市現(xiàn)有2,000萬人口,每天用水量約300萬噸,日產(chǎn)生280萬噸污水。如果280萬噸的污水有百分之七十到八十作為生態(tài)用水或者工業(yè)用水重新回用,將會節(jié)省大量水資源。”
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海綿城市發(fā)展方向 解決常態(tài)雨情是關(guān)鍵
2013年,我國正式提出建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”;2015年,國務(wù)院辦公廳印發(fā)指導(dǎo)意見,部署推進(jìn)海綿城市建設(shè)工作,并確定了16個(gè)城市作為首批試點(diǎn)。目前,我國已在90個(gè)城市開展試點(diǎn)示范。近年來,強(qiáng)降雨天氣導(dǎo)致嚴(yán)重內(nèi)澇的情況頻發(fā),其中也包括海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市。任南琪院士說,海綿城市要解決的是常態(tài)化的人居環(huán)境問題,什么是常態(tài)化?比如說,百年一遇的鄭州暴雨,如果每個(gè)海綿城市建設(shè)都按照百年一遇來進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì),投資將是巨大的。所以海綿城市建設(shè),我們最初就提出了目標(biāo):“小雨不濕鞋,大雨不內(nèi)澇”,因?yàn)樾∮旰痛笥晔浅B(tài)化的,極端的大暴雨是非常態(tài)化的,并不屬于海綿城市可以解決的范疇。當(dāng)然,海綿城市可以緩解內(nèi)澇,但是它絕對解決不了百年一遇的大暴雨。我們對大雨的定義為每天的降雨量為50毫米,而(2021年)鄭州暴雨的降雨量為一個(gè)小時(shí)200多毫米,這對于海綿城市系統(tǒng)來說是超負(fù)荷的。如果想徹底解決暴雨內(nèi)澇問題,基建的投資是我們國家根本無法承受的。事實(shí)上,我們前期海綿城市試點(diǎn)的某些區(qū)域,已經(jīng)可以做到應(yīng)對每天100毫米的暴雨情況,并不會發(fā)生內(nèi)澇。而某些區(qū)域,原來是100毫米雨量可能要內(nèi)澇8個(gè)小時(shí),經(jīng)過海綿城市的設(shè)施建設(shè)后,可能只澇一個(gè)小時(shí),這已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)步。我們最初設(shè)定的目標(biāo),在試點(diǎn)城市都已經(jīng)實(shí)現(xiàn),并且取得了很好的成效。
關(guān)于歐美寬敞下水道模式是否適合中國?任南琪院士說:“我們要結(jié)合我國國情,像歐洲那樣的大排水系統(tǒng),世界上并沒有其他國家是這樣建造的,我們還是需要科學(xué)精準(zhǔn)的來設(shè)計(jì)我們國家的排水管網(wǎng)系統(tǒng),這就涉及到基建的成本,這需要大量的資金。如果中國的城市建設(shè)是一張白紙,我們也許可以這么做,但我們現(xiàn)在不是白紙。比如深圳市,如果要建寬敞下水道,面臨的不僅僅是資金的問題,整個(gè)城市將變成一個(gè)大工地,所以我們不能這么做。實(shí)際上,老祖宗有很多智慧可以值得我們借鑒,3000年前的殷商時(shí)期,殷墟城區(qū)就有污水以及雨水排放系統(tǒng)。公元前六世紀(jì),古羅馬時(shí)期也建設(shè)了地下排水管道,然而已經(jīng)比中國晚了1000多年。我們的祖先所積累的智慧至今仍具有重要的參考價(jià)值,值得我們繼續(xù)借鑒和應(yīng)用。如濕地、池塘、河流的自凈化,以及故宮排水系統(tǒng),這都是老祖宗的智慧傳承。”
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實(shí)驗(yàn)偶然發(fā)現(xiàn)綠色奇跡
開創(chuàng)生物制氫新途徑
任院士早期的研究方向?yàn)槲鬯幚怼?990年,任院士在一次實(shí)驗(yàn)中,在自己所發(fā)明的廢水厭氧處理設(shè)備中偶然發(fā)現(xiàn)了微生物產(chǎn)氫的現(xiàn)象,于是他大膽地選擇了廢水生物制氫這一國際前沿課題,并于1991年獲得了國家自然科學(xué)基金委的資助。經(jīng)過4年的不懈努力和深入研究,取得了生物制氫領(lǐng)域的重大突破。不僅受到了學(xué)界的高度肯定,而且有國外公司想買斷這項(xiàng)技術(shù),但是任院士拒絕了,他認(rèn)為生物制氫專利一定要屬于中國。任院士的導(dǎo)師王寶貞教授非常支持他的決定。任院士深情回憶:“我從我的導(dǎo)師身上學(xué)到兩件非常重要的事情。第一,他非常有開創(chuàng)精神,思想活躍。第二,他十分具有愛國精神。長久以來,人們普遍認(rèn)為科學(xué)無國界,然而近年來的現(xiàn)實(shí)無疑表明,科學(xué)確實(shí)存在國界,科學(xué)家有國籍,科學(xué)本身也不可避免地會受到國界的影響。當(dāng)前,我國面臨諸多制約因素,包括遭遇抵制以及關(guān)鍵技術(shù)卡脖子等問題。我們必須要重新思考,科學(xué)家該怎么做,從我的角度來說,我需要為中國在生物能源方面做技術(shù)的儲備,中國的生物制氫技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)和國際領(lǐng)先地位,我以此為傲,這也證明其他國家是無法阻止我國生物制氫發(fā)展的,我國的生物制氫技術(shù)是能夠走向世界的。”目前,任南琪院士團(tuán)隊(duì)在生物制氫技術(shù)領(lǐng)域的研究,為我國農(nóng)業(yè)廢棄物的處理和節(jié)能減排開辟了新途徑,為推動國家的綠色循環(huán)發(fā)展提供了重要支持。