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任南琪院士:开创具有自主知识产权的生物制氢技术

2022-06-08   中科智库   阅读量:113

    任南琪,中国工程院院士,中科智库首批入库专家兼审核委员会委员,城市水环境专家,现任哈尔滨工业大学党委常委、副校长,城市水资源与水环境国家重点实验室主任,兼任住建部海绵城市建设技术指导专家委员会主任委员等。

    任南琪长期从事城市水资源与水环境改善对策,污水生物处理工艺、技术与设备等方面研究。率先完成世界首例生物制氢中试和生产规模试验,推进了生物制氢技术的工业化进程;开发出针对高浓度难降解工业有机废水集成化处理理论、技术与装备;提出了符合我国国情具有生态功能导向的城市水循环系统4.0及海绵城市建设路径及技术措施。

利用废水制作清洁能源

    氢气的燃烧产物只有水,被誉为“世界上最干净的能源”。上世纪90年代,任南琪率领团队开始研究利用有机废水发酵法生物制氢技术。世界上,能够制氢的技术有很多种,然而利用废水制氢无疑具有别样的吸引力,该技术可以在产生氢的同时兼具净化废水的功能,可谓一举两得。

    1999年底,任南琪率领团队顺利完成有机废水发酵法生物制氢中试的研究,这是世界上首次完成生物制氢中试研究,开创了具有我国自主知识产权的厌氧活性污泥工艺发酵法生物制氢技术。2005年任南琪完成生产规模试验,且创造了世界之最,推进了生物制氢技术的工业化进程。2008年,任南琪完成乙醇型发酵生物制氢技术,比国外利用丁酸型性发酵的产氢率高几十倍。

    然而,任南琪并不满足于此。他说,下一步要解决如何降低成本问题,争取将1立方米氢气的成本控制在1元人民币以内,这对氢气燃料的普及,无疑具有巨大的推动作用。

基于双碳目标解决污水治理

    2019年,在第十四届中国城镇水务发展国际研讨会上,任南琪说,“目前很多城市提出污水处理厂要达到地表水四类标准。这样过渡治理污水会给我们国家造成巨大的浪费。”作为“城市水质转化规律与保障技术”国家创新研究群体带头人,任南琪对目前中国的污水厂排放标准提出了质疑。他认为,目前应基于碳达峰、碳中和的远景目标来解决污水治理问题。

    污水处理厂的排水标准是由经济条件和质量要求来决定的。任南琪说,“不能定一个笼统的标准,而应当思考我们处理后的污水将服务于什么,是生态补水、回用水还是营养物归田水。”他还表示,排放标准应适应“目标与功能需求”。如果走偏的话,就会给国家带来巨大的损失。以城市水体消除黑臭为例,任南琪认为,黑臭在水里,根源在岸上,核心在管网,这是城市黑臭水体治理的关键。在现实情况下,面对黑臭水体,往往在污水处理厂建设和技术上下功夫多,对湿地等自然净化能力重视不够。这样就会需要更高的建设和运行费用,从而造成浪费。

    任南琪认为,从人定胜天到天人合一,思维的转变才是治理的关键。污水处理厂排放标准过高,容易引发过渡治理;建设超大型的污水处理厂会导致污水输送距离长、能耗加大,并且难以实现污水回用与生态补水需求。基于此,任南琪表示,污水处理厂排放标准应适应目标与功能需求,用水体与湿地生态处理能力反推污水厂排放标准。采取分布式污水处理厂建设,满足用户对水质标准要求,满足农田灌溉、喷洒绿地等需求。

海绵城市解决城市内涝

    2021年,城市“内涝”问题再次引起关注。任南琪就城市“内涝”问题称,城市“看海”的主要原因是城市积水和排水不畅,诱因有洪水引发的外洪进入和城市高强度开发引发的城市内涝。为解决城市内涝问题,需要建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市。

    海绵城市可以解决城市内涝和城市水资源和水环境两方面的问题。任南琪强调,海绵城市追求的是系统最优而不是单元最佳。在城市内涝问题上,必须解决城市的排水系统问题。目前,我国城市排水系统问题多是管道的问题,比如,管道不健全、破损严重。很多地区的管道里50%的污水没有送达污水处理厂,它们直接排到水体里、河里,必然就会出现黑臭水体。

    针对这些问题,任南琪带领团队,提出了面向社会水循环与自然水循环协同发展的城市水系统4.0理论。协同促进“雨洪调蓄、水质净化”,提出“源-厂-站-网-河/湖”统筹规划系统建设的思想理念。最终实现小雨不积水,大雨不内涝,水体不黑臭,热岛有缓解的目标。(王慧兰)

任南琪院士和学生在一起