近年來,浙江省杭州市淳安縣深入實施山水林田湖草生命共同體的治理,實現了“水暢、水凈、水安、水美、水惠”的園林式城鎮格局。王建才攝(人民視覺)

近年來,安徽省蕪湖市繁昌區實施峨山區域廢棄礦山整治、生態修復和景觀提升工程,讓昔日的廢棄礦山重煥生機。肖本祥攝(人民視覺)

近日,在海南省三亞市崖州灣東鑼島周邊海域,三亞珊瑚礁生態研究所工作人員在大型類礁人工苗圃上栽種珊瑚。新華社記者 楊冠宇攝

2021年11月18日,甘肅省張掖市甘州區三閘鎮三閘村新河流域,施工人員在對河道實施拓寬、清淤、疏浚。楊永偉攝(人民視覺)

遠程遙控,5G機器人可向污染土壤投放修復藥劑;輕點鼠標,礦山植被配比自動計算;打開手機APP,水質監測數據一目了然……1月18日,中國環境保護產業協會公布了2021年度環境技術進步獎名單,一大批環境修復前沿研究成果悉數亮相。

環境修復,是指對被污染的環境采取物理、化學和生物學技術措施,使污染物質濃度減少或毒性降低或完全無害化。“相較于國外,我國環境修復起步較晚,大約有20多年的發展歷史。”清華大學環境學院副教授侯德義介紹。

近年來,在環保政策升級和城市開發加速的雙輪驅動下,利用“數字方案”推動生態環境修復的契合點與發力點愈加清晰。5G、大數據、物聯網等新一代信息技術與環保業的深度融合,有力支撐了環境修復數字化、網絡化、可視化轉型,助力中國環保業穩步邁向數字化新時代。

污染土壤“對癥下藥”

與水體變黑、空氣變臟這樣肉眼可見的污染相比,藏于地下的土壤污染通常被稱為“看不見的污染”。

“因為土壤污染具有隱蔽性、累積性以及滯后性,光看表面看不出任何變化。”中國環境科學研究院副研究員趙龍舉例說,許多工業遺留地塊生產歷史長達半個多世紀,污染滲透到地下十幾米深,有的污染物甚至多達幾十種,給修復工程實施帶來不小挑戰。

如何實現土壤污染分布特征的精準把握?“借用數字技術,我們可以準確鎖定‘病灶’,實現對污染的‘靶向診療’。”北京建工環境修復股份有限公司(以下簡稱“北京建工修復公司”)技術總監劉鵬對本報記者說。

廣東省中山市一地塊項目,曾經是農藥生產和儲存用地,占地面積約8萬平方米。企業騰退后,留下大面積污染土壤。2021年5月,該項目由北京建工修復公司承接。

“地塊土壤及地下水中汞、鉛、氯仿等污染物均超過風險控制值,污染分布十分復雜,需要逐個分析、逐個擊破。”項目負責人劉宇告訴記者,依托國家重點專項課題,公司開展了“重點行業場地污染空間信息系統應用示范”。

該系統可通過三維成像技術,獲取場地污染空間分布數據。“簡單說,就類似給污染地塊做了一次CT(電子計算機斷層掃描),讓地下的污染情況‘肉眼可見’。”劉鵬解釋,該系統還運用深度學習算法,可提取同類污染場地的代表性特征,預測污染物的擴散態勢,提升預警能力。

為土壤“診斷”出癥疾所在后,下一步便是“治療”。

“我們根據土壤污染程度,應用了多種修復技術。”劉宇介紹,重度污染土壤一般得經過加熱才能充分釋放污染物。“我們稱之為原位熱脫附技術,即改變目標污染物的飽和蒸氣壓、黏度和表面張力等,促進其揮發和蒸發。”

“多虧這個設備,修復過程中產生的廢氣會被收集起來專門處理。”劉宇指著身旁的提抽井說,原位熱脫附技術不僅修復效率高,而且修復周期還短,能在半年左右時間內去除90%以上的污染物,達到Ⅰ類用地標準。

另一項廣受好評的數字化創新,是污染土壤快速淋洗技術,這打破了國外對淋洗技術的長期壟斷。

劉鵬告訴記者,相較于國外設備,企業自主研發的淋洗設備撬裝化程度更高,方便轉場移動,更適應中國項目周期短、修復項目分散、轉場率高等特點。

據介紹,現場工程師只需操作控制臺,就可以讓污染土壤像過流水線一樣自動完成污染洗脫、分級篩選、壓制泥餅等修復工序。通過系統的智能控制,修復過程僅需2小時,可實現污染土壤減量濃縮70%以上。

“2021年,公司專門組建了智慧修復方向的技術研發團隊。”北京建工修復公司副總經理李書鵬說,“未來,我們將重點圍繞智控技術裝備、空間污染數據系統等方向,積極探索新一代信息技術示范應用,為環境修復產業探索更多智能化的解決方案。”

廢舊礦山“改容換貌”

資源開發不是“用完即棄”,生態欠賬不能“代際相傳”。近幾年,大數據、云計算等新技術為廢舊礦區生態修復帶來了全新發展機遇。

深冬時節,積雪掩映下,呼倫貝爾草原已是一望無際的潔白。在草原腹地,開發于1902年的扎賚諾爾礦區留下的巨大礦坑令人震撼,這里是內蒙古自治區現代煤炭工業的搖籃。

然而,歷經百年開采,扎賚諾爾礦區內土地貧瘠退化,礦坑周邊堆砌成多個排土場,當地老百姓一直稱其為寸草不生的“人造天坑”。

2016年,煤礦所在地滿洲里市政府決定對扎賚諾爾礦區進行關停。2017年,政府與內蒙古蒙草生態集團(以下簡稱“蒙草集團”)達成合作協議,由蒙草集團組建專業技術團隊,采用生態智慧修復的方式為礦山“改容換貌”。

“看似容易的修復項目,卻在修復伊始給了我們一個‘下馬威’。”團隊成員王君芳說,經過詳細勘測,團隊發現,部分原始煤層長年累月自燃,導致土地無法利用,植物也無法生長。“大家把這個難題戲稱為‘火焰山’。”

面對這一技術難題,技術團隊本著“先數據、后科研、再修復”的理念,分層修復、整理坡面,并采取表土剝離、回填等工程及生物措施,對被破壞的土地進行土壤改良。

為了選擇適宜的植物,技術團隊在礦區及周邊布設了幾百個選樣點。4年時間里,團隊共采集原生土樣、地表水樣、植物種樣等萬余種自然數據,通過檢化驗后參照蒙草礦山大數據平臺比對,最終制定了適宜扎賚諾爾露天煤礦植被生長、生物多樣性強的生態修復方案。

“實踐證明,大數據推演得出的以鄉土植物為主的配置模式,更具實用性,植被也更易成活。”團隊負責人黃楚婷告訴記者,經過生態修復,扎賚諾爾露天煤礦植被覆蓋率已從原來的不足20%,增長到90%以上,草產量顯著提高。

“新時期的礦山生態修復,既要把山水林田湖草沙作為整體大生態系統,又要研究好每一個小生態系統,這需要大數據技術的精細化指導。”蒙草集團礦山業務負責人賀勇表示。

目前,蒙草礦山大數據平臺已收錄了全國6萬多座礦山數據。點擊鼠標,訪問者便能查看任意礦山的經緯度位置、礦種類型和適生植被等信息。“根據所得信息,平臺會自動選擇適宜的修復集成技術,提供最佳修復方案。”賀勇補充說。

河湖增配“智慧河長”

近些年,得益于生態環境部水體污染控制與治理科技重大專項的實施,河湖生態修復技術難點實現突破,河湖修復工程化水平取得極大提升。

巡護時間長、效率低、成本高等問題多年來一直困擾著巡河工作。隨著“智慧河長”的落地應用,傳統巡河方式正發生巨大變革。

冬日的午后,一艘無人駕駛的白色小艇在浙江省杭州市西湖的寬闊水面上不斷巡航,引得游客圍觀。一旦在湖面上遇到浮萍、塑料等垃圾,它便緩緩張開V字型“嘴巴”,伸出帶有鉚釘的履帶“舌頭”,將垃圾全部“吞”進艙內。

據了解,這艘名叫“清道夫”的小艇是由浙江翌明科技有限公司基于人工智能、物聯網、邊緣計算等技術而打造出的一款高科技保潔船,搭載了應急安防、智能垃圾識別及打撈、水質識別等多個系統,能夠定位水質坐標系,進行水質大數據分析,使水生態修復治理進一步達到智能化。

翌明科技總工程師李德志介紹,與傳統的人工打撈方式相比,“清道夫”具有靈活機動、續航長和運維費用低等優勢,“一次最多可裝載1噸左右的垃圾,水域保潔效率也比以往提升不少。”

不只在杭州,還有不少地方也采取智能化措施,拉開了科技治水、生態修復的大幕。

2021年,江蘇省無錫市新吳區以打造“美麗河湖”為目標,對轄區水系進行內源整治。其中,蕩東片區在生態修復工程中,運用“平衡共生”生物等生態治水技術,使用基于水情分析模型的智慧水利系統,在治水初期就使水質穩定提升、水下植物覆蓋率提高到50%以上。

上世紀70年代末,隨著經濟發展,上游沿線用水需求增加,河北省石家莊市母親河——滹沱河漸漸干枯。多年來,河道內黃沙裸露、河畔植被稀少、盜采河沙事件不絕,滹沱河無奈淪為“城市傷疤”。

2017年,石家莊市啟動滹沱河生態修復工程,其中,一期二標段項目由中國鐵工投資建設集團負責優化設計、建設運營。據悉,項目采用“生態環境保護修復智慧決策”的治理思路,集成自動噴淋管網一體化系統、水體監測系統、河道巡查綜合管理系統等,實現了河道數據采集多樣化、環境問題診斷精準化、管理響應智能化,為社會打造出水清岸綠、智能可控的全新滹沱河。

如今在石家莊,109公里長的滹沱河沿線已經初具景觀,百米生態綠化帶草木蔥蘢。“環境變得越來越好了,有河水、有草地、有樹林,我經常帶著家人來這里玩。”在滹沱河美景的吸引下,石家莊市民張雪成為這里的忠實游客。

智慧修復前景廣闊

隨著國家政策的大力扶持和市場需求的快速釋放,當前,中國環境保護產業快速發展,市場規模不斷擴大。

1月17日,由生態環境部科技與財務司、中國環境保護產業協會共同編制的《中國環保產業發展狀況報告(2021)》發布(以下簡稱《報告》)。《報告》預測,“十四五”期間,中國環保產業營收年均增速約為9%,2025年環保產業規模有望超過3萬億元。

作為環保業細分領域的重要一環,環境修復業數字化水平尤其令人關注。

《報告》指出,近年來,中國環境智能修復裝備水平正不斷提升:城鎮污水處理已形成多種成熟穩定的成套工藝技術;土壤修復智能裝備水平快速提升;礦山監測技術在自動化、智能化和支撐精準監管方面進步顯著。

這些成果的得來,離不開中國在環境智慧修復領域的“謀篇布局”。2016年,國務院印發《土壤污染防治行動計劃》,同年生態環境部印發《生態環境大數據建設總體方案》,次年,生態環境部又印發《2017年國家網土壤環境監測技術要求》……“這些計劃方案的出臺,全面推動了中國環境修復行業向數字化與智能化深入發展。”侯德義告訴本報記者。

越來越多的地方政府也紛紛結合自身實際,出臺環境修復有關政策、技術導則及發展目標,搭建起智慧修復發展的“黃金臺”。例如,2021年上半年全國各地土壤修復市場招投標項目統計顯示,安徽省的土壤修復項目異地企業中標占比已高達63%。

環境智慧修復產業的快速發展,折射出中國在這一領域的發展潛力,但同時也暴露出若干矛盾和問題。

“首要問題在于,現有環境數據分散在不同部門,數據聯動及共享性較差,數據壁壘難以打破,影響產業發展。”侯德義說,中國環境智慧修復目前還基本處于科技成果轉化階段,雖然涌現出了一批優秀示范項目,但實際應用中的難題還未完全攻克,這背后涉及人才缺乏、科技攻關不足等多重原因。

盡管起步較晚,但中國要在環境智慧修復領域實現“超車”,也擁有自己的優勢。

專家分析,國家對基于大數據的環境監管和修復技術的發展及實施高度重視,相關經費較為充足。比如,科技部近年設立的國家重點研發計劃中,每年都為污染場地的信息化管理技術研發設立基金,以鼓勵相關技術的發展。

“未來,對于中國環境智慧修復市場的總體發展,我還是比較樂觀的。”侯德義預測,“雙碳”目標下,低碳低能耗的修復技術及裝備研發將是未來發展主線,環境智慧修復行業將會邁向綠色可持續的全新發展階段。(劉樂藝)