“35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏之王旭:污水资源管理的大数据开拓者

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35)榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。

2017 年,该全球权威榜单正式推出中国区评选,并已公布并首届评选结果。现在,《麻省理工科技评论》正式开设“35岁以下创新35人”中国榜单专栏,以人物报道的形式帮助中文读者了解这些来自中国的新生代科技力量。

王旭·人文关怀者

污水资源管理的大数据开拓者

年龄:32 岁

获奖年份:2017 年

职位:中国科学院生态环境研究中心副研究员

获奖事由:提出的“净环境效益”模型综合了能耗、化学品使用和温室气体排放等产生的环境影响,以及污水和污泥中有用物质的资源环境效益。构建出了面向节能、低碳与资源循环利用的污水处理系统多目标评估新框架,利用大数据开创了城市污水资源可持续管理新模式。

在过去的五年间,中国城市污水排放量从 420 亿吨左右发展到了 545 亿吨,涨幅超过 30%;与此同时,污水处理能力也在大幅提升,2012 年,我国污水处理率已超过 85%,预计在 2020 年达到 95%。然而,污水处理跟许多工业一样,一方面属于能量密集型行业,另一方面在处理污水的过程中也伴随衍生污染物的形成与释放。

通常情况下,为了满足既定的污水排放标准,各种净水技术和手段会被叠加或串联使用,目的是将污水中的污染物分离去除或转化为无害物质。为此,污水处理厂除了会消耗大量的电能和絮凝剂、消毒剂等化学药品外,还会产生大量的剩余污泥和温室气体。这些都会衍生新的污染与环境问题,这也意味着污水处理行业需要重新寻求有利于地球环境可持续发展的新模式。

在中国科学院生态环境研究中心王旭看来,不单单只有技术层面会对污水处理过程的环境成本产生影响,国情与相关政策与也会影响污水处理模式所产生的环境效益,这些都需要从系统思维的角度进行全面考虑。而这也是王旭提出“净环境效益”模型的出发点。

他认为与污水处理系统相关的因素繁多,并不能单一地以污水处理率或水质达标率来衡量,应当以实际产生的“净环境效益”—即因能耗、化学品使用和温室气体排放等产生的环境影响与污水及污泥中有用物质的资源环境效益之间的综合计量—作为评价污水基础设施对生态环境影响的终点指标,这才符合当前城市污水处理系统发展趋势的需要。

为此,王旭围绕“净环境效益”概念模型,构建出了面向节能、低碳与资源循环利用的污水处理系统多目标评估新框架,并利用大数据方法,通过对全球五十多个发达与发展中国家近二十年的基础数据进行模式识别,构建出评估指标权重的时序模型,借此成功估算了 2020 年全球污水处理模式改革的环境效益。

王旭指出,将污水资源化纳入污水处理系统的设计与研发框架当中,将有助于提高污水处理的环境友好性。该研究成果为水业管理者提供了稳健的决策信息与高效计量工具,并将为下一轮城市水与卫生基础设施升级改造与投资建设提供新方向。

该成果并已于 2015 年发表在世界顶级综合科学刊物《美国科学院院刊(PNAS)》上,至今下载阅读量累计两万余次,成果得到了资深国际同行与全球顶级刊物的引用与评述,还受到了中国科学院“科研进展”栏目、《中国科学报》等媒体报道,获得了学术圈、工业界与普通大众的持续关注。

水是我们人类赖以生存的资源,而水资源短缺现已成为世界性的难题,也是当前全球极为严峻的环境变化挑战之一。水资源循环利用是符合可持续发展以及解决水资源短缺的重要途径,污水资源化就是其中关键的一环。

但如王旭所说,污水处理的传统模式可能会产生严重的污染转移效应。为此,他大胆探索,将大数据科学等跨学科新元素融入已有百年历史的污水处理系统设计中,打破传统以水污染控制为核心的技术模式,将污水看做一种资源。

对此,他解释道:“国内外已有实践证明,污水经过不同程度的处理后可以作为城市安全可靠的第二水源,在处理的过程中我们还能将污水中的污染物转化为生物燃料和农用肥料等资源。”政策分析、系统评估工具也为污水资源化新技术与新系统研发提供了新思路。“开展技术、政策、经济与环境等不同维度的大数据情景分析,能够帮助我们以最小的成本明确污水处理技术的未来发展方向,能够帮助我们研发出真正有利于可持续发展的新技术与新工艺。”王旭说。

目前,他作为国际水协会(IWA)“未来城市计划”专家指导委员会以及模拟与综合评估专业委员会的主要委员,正在跟国际同行就污水资源化主题开展深入交流与合作,也在积极探索如何颠覆性重构污水系统的能量流动与物质循环模式,让污水及其蕴含的碳、氮和磷等物质能以更高的资源效率得以循环利用。我们相信,王旭的研究必定给当前世界共同的水资源问题带来新的转机。他也凭借“大数据驱动的城市污水资源可持续管理新模式”入选首届《麻省理工科技评论》中国区 35 岁以下科技创新青年榜单,荣获“人文关怀者”领域奖项。

作为年轻一代的科学家,王旭已在同行中崭露头角,但他并不认为研究者只需理所应当地完成实验探索、数据分析以及报告提交等机械化工作即可。相反地,他认为申请研究课题和完成研究课题并不是研究者创造价值的最终目标,青年研究者应该朝着战略科学家的方向努力,明确自己的时代使命,思考如何让研究成果真正地造福人类与地球,如何创造真正的社会价值。对于自己的下一个目标,王旭表示希望能够跟重量级商业公司有深入合作的机会,在城市水与卫生基础设施大数据等方面创造出有世界影响力的科技商业项目。

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  • 原文链接http://kuaibao.qq.com/s/20180502A180S100?refer=cp_1026
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