对话任南琪院士:纵论海绵城市 筑梦绿色科技
近日,中国工程院院士、城市水资源与水环境国家重点实验室主任任南琪做客深圳卫视大湾区会客厅节目,纵论海绵城市、生物制氢,畅想绿色科技之梦。
任南琪院士是国际上最早提出利用有机废水制取可再生资源氢气的“连续流发酵法生物制氢技术”的科学家;他通过开发适合我国国情的高浓度有机工业废水生物处理技术与设备,解决了制药、印染、化工等近30个重污染企业的废水处理问题,两次获国家科技进步奖二等奖。近年来,在任南琪院士的带领下,团队深入研究,如何高效利用和科学管理宝贵的水资源。同时,他们还致力于提高城市在面对降雨引发的灾害时的适应性和恢复力,以增强城市的“韧性”和“弹性”。这项工作不仅关乎水资源的可持续利用,也关系到城市在极端天气条件下的稳健发展。
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打造“会呼吸”的城市
为内涝与环境污染找到新出路
任南琪院士说,海绵城市一方面是解决内涝问题,另一方面是解决环境污染问题。目前,国家有两项重大需求,一是极端气候,特别是城市内涝问题,还有消除城市黑臭水体的问题,我们需要结合海绵城市建设解决这两件大事。海绵城市是新一代城市雨洪管理理念,通俗来说就是城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对降雨灾害等方面具有良好的“弹性”。“渗、滞、蓄、净、用、排”是海绵城市建设的六大核心。其中,“渗”能够从源头减少径流,净化初期雨水污染;“滞”可以延缓雨水峰值出现的时间,降低洪涝灾害;通过“蓄”降低峰值流量,为雨水利用提供条件;“净”能够有效降低污染,改善城市的水生态环境;“用”,通过合理利用雨水,提升城市环境品质;“排”能实现城市近零内涝,提升城市的适应能力。
在全球水资源日益紧张的背景下,我国作为世界上人口最多的国家之一,正面临着严峻的水资源短缺问题。尽管拥有广阔的领土和丰富的水系,但由于人口分布不均、水资源时空分布不平衡以及水污染等问题,中国被联合国列为世界上13个贫水国之一。任南琪院士认为:“雨水,甚至是污水都是重要的水资源,利用好,它们就能从城市的负担转变为宝贵的财富。污水和雨水资源都是非常规水,它们的开发利用非常重要。例如,深圳市现有2,000万人口,每天用水量约300万吨,日产生280万吨污水。如果280万吨的污水有百分之七十到八十作为生态用水或者工业用水重新回用,将会节省大量水资源。”
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海绵城市发展方向 解决常态雨情是关键
2013年,我国正式提出建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”;2015年,国务院办公厅印发指导意见,部署推进海绵城市建设工作,并确定了16个城市作为首批试点。目前,我国已在90个城市开展试点示范。近年来,强降雨天气导致严重内涝的情况频发,其中也包括海绵城市建设试点城市。任南琪院士说,海绵城市要解决的是常态化的人居环境问题,什么是常态化?比如说,百年一遇的郑州暴雨,如果每个海绵城市建设都按照百年一遇来进行规划设计,投资将是巨大的。所以海绵城市建设,我们最初就提出了目标:“小雨不湿鞋,大雨不内涝”,因为小雨和大雨是常态化的,极端的大暴雨是非常态化的,并不属于海绵城市可以解决的范畴。当然,海绵城市可以缓解内涝,但是它绝对解决不了百年一遇的大暴雨。我们对大雨的定义为每天的降雨量为50毫米,而(2021年)郑州暴雨的降雨量为一个小时200多毫米,这对于海绵城市系统来说是超负荷的。如果想彻底解决暴雨内涝问题,基建的投资是我们国家根本无法承受的。事实上,我们前期海绵城市试点的某些区域,已经可以做到应对每天100毫米的暴雨情况,并不会发生内涝。而某些区域,原来是100毫米雨量可能要内涝8个小时,经过海绵城市的设施建设后,可能只涝一个小时,这已经取得了非常大的进步。我们最初设定的目标,在试点城市都已经实现,并且取得了很好的成效。
关于欧美宽敞下水道模式是否适合中国?任南琪院士说:“我们要结合我国国情,像欧洲那样的大排水系统,世界上并没有其他国家是这样建造的,我们还是需要科学精准的来设计我们国家的排水管网系统,这就涉及到基建的成本,这需要大量的资金。如果中国的城市建设是一张白纸,我们也许可以这么做,但我们现在不是白纸。比如深圳市,如果要建宽敞下水道,面临的不仅仅是资金的问题,整个城市将变成一个大工地,所以我们不能这么做。实际上,老祖宗有很多智慧可以值得我们借鉴,3000年前的殷商时期,殷墟城区就有污水以及雨水排放系统。公元前六世纪,古罗马时期也建设了地下排水管道,然而已经比中国晚了1000多年。我们的祖先所积累的智慧至今仍具有重要的参考价值,值得我们继续借鉴和应用。如湿地、池塘、河流的自净化,以及故宫排水系统,这都是老祖宗的智慧传承。”
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实验偶然发现绿色奇迹
开创生物制氢新途径
任院士早期的研究方向为污水处理。1990年,任院士在一次实验中,在自己所发明的废水厌氧处理设备中偶然发现了微生物产氢的现象,于是他大胆地选择了废水生物制氢这一国际前沿课题,并于1991年获得了国家自然科学基金委的资助。经过4年的不懈努力和深入研究,取得了生物制氢领域的重大突破。不仅受到了学界的高度肯定,而且有国外公司想买断这项技术,但是任院士拒绝了,他认为生物制氢专利一定要属于中国。任院士的导师王宝贞教授非常支持他的决定。任院士深情回忆:“我从我的导师身上学到两件非常重要的事情。第一,他非常有开创精神,思想活跃。第二,他十分具有爱国精神。长久以来,人们普遍认为科学无国界,然而近年来的现实无疑表明,科学确实存在国界,科学家有国籍,科学本身也不可避免地会受到国界的影响。当前,我国面临诸多制约因素,包括遭遇抵制以及关键技术卡脖子等问题。我们必须要重新思考,科学家该怎么做,从我的角度来说,我需要为中国在生物能源方面做技术的储备,中国的生物制氢技术具有自主知识产权和国际领先地位,我以此为傲,这也证明其他国家是无法阻止我国生物制氢发展的,我国的生物制氢技术是能够走向世界的。”目前,任南琪院士团队在生物制氢技术领域的研究,为我国农业废弃物的处理和节能减排开辟了新途径,为推动国家的绿色循环发展提供了重要支持。