曲久辉：构建新型环境基础设施的技术、形态与体系

　　近日在北京举办的“环境经济政策与环保产业转型发展战略研讨会”上，中国工程院院士曲久辉聚焦“环境经济政策”与“环保产业转型”两条主线，从战略高度研判环境经济政策优化方向和环保产业转型发展趋势，针对新时期环保产业需求侧变化后的供给侧变革，以及环保产业科技、管理创新等议题进行了深入研判。现将发言整理编发，供读者参考。

中国工程院院士曲久辉

　　历经数十年建设，我国已建成以问题为导向、以污染治理为核心的环境基础设施体系，为生态环境质量持续快速改善提供了关键支撑。当前，污染治理的阶段性任务基本完成，仍定位于末端治理功能的基础设施体系，渐渐难以适配新时期高质量发展的内在要求。当前政策导向正推动环境基础设施从单点“建厂”模式向系统“建网、提质”模式转型，环境基础设施必须从末端治理的配套保障单元，升级为支撑新质生产力发展、引领全面绿色转型的基础性力量。开创环境基础设施发展的“黄金时代”，核心路径在于实现技术突破、形态升级与体系重构。
　　一、环境基础设施升级重构，开创“黄金时代”
　　回顾我国现行环境基础设施的建设逻辑，其始终以问题为导向，按照“哪里存在污染，即配套建设相应治理设施”的原则，逐步形成了以污染治理为核心功能的环境基础设施体系。该体系具有鲜明的中国实践特征，运行成效显著，为我国生态环境质量持续快速改善提供了关键支撑。但必须认识到，当污染治理的阶段性基本任务完成后，仍定位于末端治理功能的基础设施体系，已无法适配新时期高质量发展的内在要求。
　　从建设实践的演进脉络看，我国环境基础设施发展大致经历三个阶段：第一阶段为设施体系的从无到有，通过大规模建设污水处理厂、生活垃圾处理场、危险废物处置设施，着力解决环境治理基础设施“有没有”的问题；第二阶段为存量设施的提质升级，在既有设施网络基础上持续提升治理标准、运行效率与系统稳定性；当前我国正处于第三阶段的关键发展节点，其核心任务是支撑新质生产力发展、构建适配新时期要求的现代化环境基础设施体系，推动环境基础设施从末端治理的配套保障单元转变为新质生产力的重要组成部分与全面绿色转型的基础性支撑，开创环境基础设施发展的“黄金时代”。
　　当前政策体系已为环境基础设施的发展方向提供了明确指引：2022年，国务院办公厅转发国家发展改革委等部门关于加快推进城镇环境基础设施建设指导意见的通知，系统界定环境基础设施体系的建设内涵，明确提出“到2030年基本建成系统完备、高效实用、智能绿色、安全可靠的现代化环境基础设施体系”的总体目标；2023年，国家发展改革委等部门联合印发《环境基础设施建设水平提升行动（2023－2025年）》，进一步提出“加快构建集污水、垃圾、固体废弃物、危险废物、医疗废物处理处置设施和监测监管能力于一体的环境基础设施体系”。进入“十五五”规划期，环境基础设施被纳入全面绿色转型整体框架：《城市更新“十五五”规划》将污水垃圾收集处理设施建设工程列为15项重点工程之一；《美丽中国建设“十五五”规划》从减污降碳协同增效的角度，明确提出城市生活垃圾清运能力达到75万吨/日的建设目标。
　　这些政策的核心内涵，是推动环境基础设施建设从单点“建厂”模式向系统“建网、提质”模式转型，即不再以新增单点治理设施为建设核心，而是将环境基础设施作为有机系统与协同网络开展整体谋划。新阶段环境基础设施的建设重点可归纳为三个维度：一是强化技术原始创新，以核心技术突破作为设施形态升级与体系重构的根本前提；二是推动设施迭代升级，突破传统厂房、构筑物的设施形态局限，培育新型设施形态；三是健全体系化配套机制，推动技术、产业、政策、金融、土地等要素形成协同支撑合力。
　　二、颠覆性技术创造：极净、极纯、极效、极简
　　技术创新是支撑环境基础设施升级的核心动力。未来环境领域的技术突破可归纳为若干“极致化”发展方向：一是极净，即推动有害物质极限去除，突破传统达标排放的治理边界，实现污染物的近零排放；二是极纯，即从废水、固体废物中高纯度回收战略性元素，推动废弃物的高价值循环利用；三是极效，即依托合成生物学等前沿技术实现污染物的高效转化；四是极简，即建立规范精准的综合评价体系，以简洁高效的技术路径开展治理。此外，极速、极廉、极智等方向，也将成为环境技术创新的重要组成部分。
　　其一，“极净”方向的技术挑战。以全氟和多氟烷基物质（PFAS）治理为例，这类物质具有显著生物毒性且自然降解难度极大。2024年4月，美国环境保护署（EPA）曾发布《全氟和多氟烷基物质国家初级饮用水法规》，对公共供水系统中的全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸（PFOS）设定的最高污染物水平（MCL）为4纳克/升（万亿分之四），最大污染物浓度目标值（MCLG）为0，环境治理的精度要求正从毫克级、微克级向纳克级、皮克级演进。“极净”并非抽象的技术目标，而是当前环境治理领域面临的实质性技术挑战。
　　其二，“极纯”方向的技术价值。从废水与固体废物中提纯回收，兼具污染治理与资源安全保障的双重价值，是推动“城市矿产”开发的重要路径。从国际实践看，美国能源部投入近10亿美元专项资金，支持从工业废料与废旧电池中回收稀土、锂等关键材料；加拿大设立规模20亿加元的“关键矿产主权基金”，直接投资关键矿产的回收与加工项目；印度于2025年发布《关键矿产回收激励计划》，根据回收量与产品纯度给予财政激励；我国于2025年出台《再生材料应用推广行动方案》，将再生有色金属列为重点支持领域。在技术层面，电池回收领域可采用“置换色谱法”处理废旧电池“黑粉”，以超过98%的产率同时分离出电池级的锂、钴、镍、锰。在半导体领域，我国已建成4N级（纯度99.99%）氯化锂生产线，为高端金属锂制备提供基础支撑。“极纯”技术的发展，要求环境基础设施逐步转变为兼具污染治理功能的资源生产工厂。
　　其三，“极效”方向的技术路径。环境合成生物学将为污染物高效转化提供技术支撑。合成生物学又称工程生物学，是第三次生物科技革命的核心领域，其通过设计、改造天然生物体或人工合成全新生物体，揭示生命系统运行规律，推动生物体系的工程化应用。当前，从功能元件发掘、代谢网络重构到人工菌群设计，合成生物学已形成完整的技术链条；高通量筛选、信息学挖掘、智能设计、底盘细胞构建、多组学联用、数字模型预测等技术方法正快速成熟。在环境领域，合成生物学可应用于污染物检测与治理、污染治理、废物资源转化与高品质利用等，为传统环境工程技术的迭代升级提供全新路径。
　　“极效”也将通过多功能智感材料来实现，比如可通过人工智能辅助设计一种兼具两类核心特征的净水材料：一是自感知、动态响应，　　二是自清洁、自我恢复。具体来说，就是通过传感器实时感知水体及材料表面的污染物浓度与变化趋势，通过化学或生物催化剂实现污染物的定向降解。在人工智能技术的辅助下，净水材料将同步具备能源适配与智慧决策功能，推动水处理系统从传统的过滤、沉淀、消毒线性流程，向可感知、可响应、可自恢复的方向发展。
　　其四，“极简”方向的评价方法。主要是通过构建归一化指标体系实现生态状况的综合表达。以水体生物完整性评估为例，长江生态系统评价涵盖生物群落与水环境质量两大维度：生物维度需考量敏感物种丰度、鱼类群落结构等指标，水环境维度需考量水系连通性、自然岸线保有率、湿地规模、栖息地质量与水源涵养能力等指标。现有评价体系指标偏多、逻辑关系比较复杂，不利于生态状况的快速研判。“极简”评价方法的核心是，构建简洁、高效、精准的综合评价框架，通过少量关键指标反映生态系统的整体健康状况。
　　三、业技术升级与设施形态变革
　　技术创新必须最终落地于产业升级进程。当前，极简、极速、极效、极廉、极智正成为环境产业升级的核心目标，具体体现为跨界融合的新兴环境产业、面向未来的新型资源化能源化治理工程、创新型环境装备体系与数字化环境决策中枢等发展形态。环境产业的边界已突破传统工程建设领域，逐步向高端制造、智能制造、数字服务与资源循环利用等方向延伸拓展。
　　环境基础设施需主动配套战略性新兴产业发展。以锂电池、光伏等新能源产业为例，此类产业具有重要战略价值，但生产与回收过程中将产生大量废水与固体废物：据测算，每回收1吨三元锂电池将产生32～80吨废水、0.6吨废渣。当前部分领域的环境管控标准与治理技术滞后于产业发展节奏，亟须关键技术与配套设施的同步跟进。在水处理领域，需配套发展高纯水制备与专项废水处理技术；在固废处理领域，需提升关键金属与战略性元素的回收纯度，强化高灵敏度、高通量、快速检测与预警能力。半导体芯片等新兴产业同样需要配套的环境基础设施支撑，同时需依托人工智能等技术实现环境设施的精准调控与运行管理。环境基础设施不应局限于产业链的末端配套环节，而应嵌入产业链关键节点，形成与新兴产业协同发展的格局。
　　新一代环境处理设施的形态将发生根本性变革，核心方向是从传统工程项目向标准化工业产品转型，实现污水处理厂、给水处理厂的“汽车制造式”规模化建设。这类新型处理设施具备四个核心特征：一是工厂预制、现场组装，二是极致紧凑、占地集约，三是形态多元、环境友好，四是能量自给、资源循环。未来的处理设施将突破传统大型混凝土构筑物的形态局限，成为可规模化、标准化复制的工业产品，具备建设周期短、占地集约、环境扰动小的优势，同时实现系统的能量自给与资源回收。
　　设施形态的升级要求配套发展创新型环境装备体系。实现设施的工厂化建设，必须以装备化发展为基础。需以简约、高效、绿色、智能为目标，开发原创性环境装备，包括痕量与超痕量污染物检测装备、健康水评估与单因子检测预警装备、污染物转化与资源回收一体化装备、基于自然的解决方案的土壤/场地/水体快速生态修复装备、环境模拟与数字等。此类装备将突破对大规模建设用地的依赖，向装备化、智能化、集成化方向发展，推动环境基础设施实现从工程载体向工业产品、从固定部署向灵活移动、从单一功能向多元协同的转型。
　　数字化环境决策中枢（环境脑）是环境基础设施升级的另一重要方向。需系统研究环境数字化的基本原理与技术方法，构建智慧化环境技术新体系，主要涵盖环境知识的数字化转化、环境产品的数字化设计、环境变化与生态健康的数字化诊断，以及支撑新兴产业链条的智慧服务平台等内容。未来的环境基础设施不仅须具备污染物处理功能，还应具备环境感知、智能分析与辅助决策能力；环境脑将成为支撑城市环境生命线高效运行的核心中枢。
　　技术创新的深化，还需推动跨领域、跨行业的跨界融合。环境领域要与材料、生物、信息、能源、制造等领域实现从理论方法到产品的双向交叉，以其他领域的优势补足环境工艺。环境问题从来不是孤立的问题，未来环境技术突破很可能来自跨界融合，而不是环境领域内部的线性延伸。
　　四、环境基础设施体系重构
　　新型环境基础设施体系，可概括为三个关键词：智慧、系统、韧性。智慧，就是能感知、会思考、可自执行；系统，就是全链条、跨介质、一张网；韧性，就是抗冲击、快恢复、自适应。构建这样的体系，将能更好地应对气候变化、支撑新质生产力发展。现行环境技术体系与新型环境基础设施之间是双向建构的，环境技术和产业发展的黄金机遇就在这一过程中。重构不是推倒重来，而是在现有体系基础上升级、完善和系统化。
　　智慧、系统、韧性三者相互融合：智慧使系统可调、韧性可测；韧性使系统自适应，并由智慧调控；系统则推动智慧协同、韧性联动。三者融合，环境基础设施就能从孤立的处理厂升级为能感知、会思考、可协同、抗冲击、自恢复的城市环境生命线。它不再是城市的负担，而是城市安全、绿色、智慧运行的基础支撑。
　　环境基础设施重构需要系统配套。第一，做好规划与统筹；第二，完善标准规范，配套技术体系；第三，优化投融资机制，包括资产确权、赋能和融资，引入绿色金融工具，并争取政策性金融工具定向支持；第四，做好用地保障和要素配套；第五，完善社会资本参与和相关制度。如此，环境基础设施将从单一工程建设配套，转向制度、金融、技术、用地协同的系统配套。没有这些支撑，技术再好、形态再新，也很难落地。
　　新型环境基础设施的构建，是一项系统工程，既要技术、产业、政策、金融协同保障，更需打破部门与行业边界、跨界系统推进。环境基础设施的“黄金时代”，终将属于把技术突破、形态升级、体系重构变为现实的企业和机构。

　　来源  |  中国生态文明