基于自然的綠色水生態(tài)環(huán)境保護方案

趙陽

摘要：習近平總書記在參加今年首都義務植樹時深刻指出：森林是水庫、錢庫、糧庫、現(xiàn)在應該再加一個“碳庫”。森林和草原對國家生態(tài)安全具有基礎性、戰(zhàn)略性作用，林草興則生態(tài)興。為此針對我國目前水生態(tài)環(huán)境狀況，要提倡基于自然的水生態(tài)環(huán)境保護修復;用先進的技術手段進行污水資源化利用;加快森林、草原生態(tài)產(chǎn)品價值的轉(zhuǎn)化;“以自然之道，養(yǎng)萬物之生”實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：綠色水生態(tài)、正滲透技術、微生物燃料電池、山水林田湖草沙

習近平總書記指出：“我國水安全已全面亮起紅燈，高分貝的警訊已經(jīng)發(fā)出，部分區(qū)域已出現(xiàn)水危機，河川之危、水源之危是生存環(huán)境之危、民族存續(xù)之危。全黨要大力增強水憂患意識、水危機意識，從全面建成小康社會、實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，重視解決好水安全問題”。學習貫徹習近平總書記重要講話精神就是要把為人民群眾提供更多更優(yōu)質(zhì)的公共水產(chǎn)品作為根本目標;必須把統(tǒng)籌山水林田湖草沙系統(tǒng)治理作為解決水資源問題的關鍵;必須加強基于自然的水資源保護和修復實現(xiàn)人與自然和諧共生;必須科學把握治水規(guī)律、自然規(guī)律、經(jīng)濟規(guī)律和社會規(guī)律，統(tǒng)籌解決水資源短缺、水生態(tài)損害、水環(huán)境污染、水災害防御、水資源集約節(jié)約利用、水資源優(yōu)化配置問題，提升大江大河大湖生態(tài)保護治理能力，加快推進水治理體系治理能力現(xiàn)代化。為此，筆者通過深入學習調(diào)研實驗思考，特提出《基于自然的水生態(tài)環(huán)境保護修復方案》（以下簡稱《方案》），旨在遵循人與自然和諧共生思想，以“綠水青山就是金山銀山理念”為指導，轉(zhuǎn)變過去人們希望借助“灰色”基礎設施而輕視自然作用的觀念，利用更接近自然的方式來修復解決水生態(tài)環(huán)境面臨的問題。

一、統(tǒng)籌推進山水林田湖草沙系統(tǒng)治理

人的命脈在田，田的命脈在水，水的命脈在山，山的命脈在土，土的命脈在樹，大自然是一個充滿奧秘的生命共同體，各種要素相互依存、有機循環(huán)、相互制約。我們進行水生態(tài)環(huán)境保護修復要從源頭做起。穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)關鍵要看水生態(tài)系統(tǒng)是否完整，水系是否通暢，水質(zhì)是否良好，生物是否多樣，水文化是否得到傳承。森林可以截留水體中的沉積物，吸收或降解地表水中的懸浮沉積物和污染物，過濾懸浮沉積物、重金屬和其他污染物，保護地下水不受污染;草地作為重要的生態(tài)系統(tǒng)可減少土壤侵蝕，世界上的大江大河及其主要支流都發(fā)源于草地，保護和修復草地有助于維持和修復其生態(tài)系統(tǒng)服務功能，對于保護水源、水質(zhì)具有重要意義;濕地被稱為“地球之腎”，濕地中的植被和微生物有助于降解多種污染物，消除病原體，減少水中的營養(yǎng)物，濕地修復有助于凈化功能，同時還為魚類和數(shù)百種候鳥提供棲息地。統(tǒng)籌山水林田湖草沙系統(tǒng)治理，就是要在江河源頭區(qū)加強對大江大河及重要支流源頭區(qū)的保護修復;在重點水土流失區(qū)，以長江、黃河上中游、東北黑土區(qū)等水土流失區(qū)為重點展開;在重點河湖生態(tài)治理修復區(qū)，推進大運河、永定河、渭河、汾河、洞庭湖、鄱陽湖、太湖、巢湖、滇池等河湖生態(tài)治理修復。針對以上這些重點區(qū)域，要加大對現(xiàn)有森林、草原、河流、湖泊、濕地、沙漠等生態(tài)系統(tǒng)的保護，實施封育保護，減少人為干擾，恢復退化濕地生態(tài)功能和周邊植被。周邊植被的恢復要選擇鄉(xiāng)土樹種，宜林則林、宜草則草、宜灌則灌，因地制宜實施林草植被恢復，提高林草植被覆蓋率。通過提高森林覆蓋率、草原綜合植被蓋度，減少荒漠化和沙化土地面積;持續(xù)穩(wěn)定地減少輸入江河湖泊的泥沙量，營造江河適宜生境，提升江河綜合功能。

基于自然的水安全解決《方案》不僅有效，而且和凈水廠等“灰色”基礎設施相比，森林、草原、濕地等綠色基礎設施更穩(wěn)定更長久，只有穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)才能持續(xù)地發(fā)揮功能。這就是基于自然的水生態(tài)修復方案，基于自然的長治久安的水安全解決方案。

二、加快推進正滲透與微生物燃料電池

耦合技術應用

我國人多水少，水資源時空分布不均，水資源和能源短缺，但同時每年污水排放量巨大。將污水納入水資源體系中進行管理，實施污水資源化利用是緩解當前水資源短缺矛盾的重要解決方案。2021年1月6日，國家發(fā)改委、水利部、環(huán)保部等10部委聯(lián)合印發(fā)了《關于推進污水資源化利用的指導意見》（以下簡稱《意見》），為破解水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)損害等問題，促進經(jīng)濟社會綠色發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展為目標，提出了我國實施污水資源化戰(zhàn)略的總體要求，明確了城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)農(nóng)村污水三大重點領域、六項重點工程、五項體制機制改革任務，提出三大保障措施，對今后一個時期我國污水資源化戰(zhàn)略落地實施指明了方向。因此，改變傳統(tǒng)污水處理模式，從能源消耗型向能源回收型處理方式的改變，已成為未來發(fā)展的重要趨勢。污水中碳源物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化是污水處理的一個重要發(fā)展方向。污水中的有機物最重要的利用方式是將其轉(zhuǎn)化為能源，包括甲烷、氫氣等以化學能形式存在的能源，以及能易于直接利用的電能。城鎮(zhèn)污水處理廠將從實現(xiàn)污染物削減的基本功能，轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉垂S、水源工廠和肥料工廠。正滲透（FO）作為近年來新興的膜分離技術引起了廣泛關注。正滲透過程無需外加壓力，具有低能耗、低污染、能實現(xiàn)高質(zhì)量水回收等優(yōu)點。通過結(jié)合微生物燃料電池和正滲透技術的優(yōu)勢，OsMFCs可以在發(fā)電的同時借助FO膜對原料液即MFCs陽極的污水進行處理。正滲透與微生物燃料電池耦合技術具有多種優(yōu)勢：（1）生物電化學系統(tǒng)（Bioelectrochemical systems， BES）是一種利用具有電化學活性的微生物對水中有機物進行厭氧降解并原位將有機物中的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是一種新型的污水處理及能源回收技術。BES中最典型的應用為微生物燃料電池（Microbial fuel cell， MFC），其可以實現(xiàn)水中有機污染物厭氧降解的同時產(chǎn)生電能。污泥產(chǎn)率低，其污泥產(chǎn)率僅為好氧生物處理的20%，因而緩解了后續(xù)剩余污泥的處置壓力;（2）能量回收率高，由于BES將污水中有機物的化學能直接原位轉(zhuǎn)化為電能，就避免了合成甲烷再燃燒的多級能相比于傳量利用及損耗的過程;（3）陽極厭氧無需曝氣，降低了運行過程中的能量損耗及運行成本;（4）BES可以在常溫低有機物濃度下高效運行，相比傳統(tǒng)厭氧工藝其更適用于低有機物濃度污水的處理;（5）BES的陰極具有還原轉(zhuǎn)化物質(zhì)的功能，可以針對污水中的特種污染物進行高效的還原去除，具有更全面的污水處理能力。因此，正滲透與微生物燃料電池耦合技術應用在污水處理和能量回收方面具有巨大的發(fā)展前景，應積極推廣應用。這是一個綠色的基于污水資源化利用的解決方案。

三、碳達峰碳中和目標下

實現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境保護修復

如前所述，我們一方面在江河源頭、湖泊濕地等脆弱區(qū)實施山水林田湖草沙系統(tǒng)治理，以解決水資源、水環(huán)境、水生態(tài)存在的諸多問題;另一方面對已經(jīng)形成的污水推動資源化利用，在減少江河湖泊水污染負荷、改善江河湖泊水體和水功能水質(zhì)、保障河湖健康的同時，使污水中的資源得以回收利用。如果這兩項基于自然的水生態(tài)保護修復和處理方案能夠持續(xù)實施，這是水生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)良性循環(huán)理念上的重大轉(zhuǎn)變。技術方案本身簡單實用，容易操作，制約技術方案實施推廣的最大難點是“錢”。很多人認為水生態(tài)保護修復及污水處理應該由公共財政承擔，依靠國家重大工程項目投資解決?；仡櫡治鏊Y源管理的歷史，我們發(fā)現(xiàn)國家確實是水生態(tài)保護修復的主要資金來源，但是長久下去公共財政負擔會逐步加重，如沒有社會資金的進入和自身“造血”功能的激發(fā)，則很難達到民眾滿意的效果?，F(xiàn)在，國家的碳達峰碳中和戰(zhàn)略實施為水生態(tài)保護修復帶來了希望。這個希望就來自于森林、草原、濕地、荒漠。我們可以通過森林、草原、濕地的碳匯交易實現(xiàn)其生態(tài)價值。

2020年9月，習近平主席在75屆聯(lián)合國大會提出我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。實現(xiàn)碳達峰碳中和是中國高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，也是中國對世界的莊嚴承諾。隨后中共中央、國務院于2021年9月22日印發(fā)了《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，明確提出：到2030年經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型取得顯著成效，重點耗能行業(yè)能源利用效率達到國際先進水平，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗大幅下降;單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，非化石能源消費比重達到25%左右，森林覆蓋率達到25%左右，森林蓄積量達到190億立方米，二氧化碳排放量到達峰值并實現(xiàn)穩(wěn)中有降;到2060年，綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，碳中和目標順利實現(xiàn)，生態(tài)文明建設取得豐碩成果，開創(chuàng)人與自然和諧共生的新境界。國務院于2021年10月24日印發(fā)了2030年前碳達峰行動方案，進一步明確重點任務，扎實推進碳達峰行動。生態(tài)環(huán)境部出臺《碳排放權交易管理辦法》，并于2021年2月1日起施行。上海于2021年7月1日開放了碳交易權市場。森林交易的碳匯方法學國家發(fā)改委過去就有過備案，目前結(jié)合“雙碳”目標加以修訂同時備案的草原、濕地碳匯交易方法學也應很快出臺，森林、草原、濕地碳匯量的監(jiān)測計量應用大數(shù)據(jù)管理平臺已經(jīng)基本確立。這些都無疑為下一步森林、草原、濕地的碳匯量能夠抵減二氧化碳排放量，實現(xiàn)碳交易提供了可能，為保護好水生態(tài)環(huán)境提供了資金的可持續(xù)方向。

國家“雙碳”目標的實現(xiàn)，使森林、草原、濕地的碳匯量變成了寶。通過碳交易使“森林、草原、濕地”的生態(tài)價值得以實現(xiàn)，這樣也為水資源的保護修復提供了社會資金來源，使綠水青山真正變成了金山銀山。我們有理由相信，將森林、草原、濕地自然的力量融入市場，對于創(chuàng)建一個滋養(yǎng)和維持水生態(tài)環(huán)境保護和修復是至關重要的基于自然的解決方案。

基于自然的水生態(tài)環(huán)境保護修復方案，終極目標是達到水生態(tài)環(huán)境能夠逐步實現(xiàn)自我修復自我循環(huán)，形成“以自然之道，養(yǎng)萬物之生”的目的，實現(xiàn)中華民族的永續(xù)發(fā)展。

（本文作者單位系中國環(huán)境科學研究院水環(huán)境治理研究室、清華大學環(huán)境科學與工程系環(huán)境模擬與污染控制國家重點實驗室）