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      2017年第三届联合国环境大会以“打造零污染地球”为主题，时任联合国环境署主任索尔海母向大提交了“迈向零污染地球”的报告：提出了对抗污染的全面行动框架，设定了50多个解决方案。形成的共识是：建设一个无污染的地球对于保护和恢复人类赖以生存的空气、水和食物等资源具有重要意义。2021年，联合国环境规划署发布了《2022-2025年应对气候变化、自然丧失和污染的战略》，推进污染得到预防和控制，使所有人能确保良好的环境质量并改善健康和福祉。同时在“化学品和污染行动次级方案“中提出，2030年预期成果为：“在迈向零污染地球方面取得重大进展”；预期到2025年，通过加强化学品和废物健全管理方面的能力和领导力，优化人类健康和环境成果；废物管理得到改善，包括通过循环工艺、安全回收二次原材料和逐步减少露天焚烧和倾倒场；释放到空气、水、土壤和海洋中的污染物减少。2012年，《欧洲绿色协议》提出“零污染行动计划”(Zero pollution action plan Towards zero pollution for air, water and soil. 2021.5)：到2050年，零污染远景是将空气、水和土壤污染降低到不再被认为对健康和自然生态系统有害的水平，并尊重我们的星球可以处理的边界，从而创造一个无毒的环境；通过减少废物、海上塑料垃圾(减少50%)和排放到环境中的微塑料(减少30%)来改善水质。

 

1、对零污染的基本认识

      对所谓的“零污染”我们能这样理解:
      （1）向环境排放的排放污染物和环境介质对污染物的受纳不可能为零；
      （2）污染物可以排放，但被控制在导致环境污染的阀值之下；
      （3）向环境中排放的污染物与环境可以自然消纳和净化的污染负荷达到平衡。因此，零污染的核心是环境对污染物的消纳水平，即实现环境自净化与污染负荷的平衡。决定的因素有两点：一是污染物向环境中排放的量和物质特性，二是环境和生态系统的对污染消纳能力，二者的平衡点就是污染控制的阀值。如果我们将此平衡点称为T，则污染物排放量大于T则产生污染效应，反之不产生污染效应。

      为此，我们需要从全物质、多介质、全过程、多维度进行系统调控，构建污染物排放与环境可净化能力平衡的环境保护与治理体系，实现零污染愿景。5个必要因素是：
      （1）核定排放：核定排放量与环境可净化可消纳污染的分量与总量；
      （2）绿色控源：实现污染物能源和资源转化，以最大程度减少其环境排放；
      （3）过程安全：阻断治理过程的二次污染，实现安全转化与清洁过程；
      （4）精准管理：基于平衡论构建数字化环境管理系统；
      （5）系统均衡：控制污染排放量与环境可净化能力的系统平衡。可以认为，“平衡”是实现“零污染”的必要条件。

 

图1实现污染物排放与环境消纳平衡的要素关系

2、迈向“零污染”的要素与路径

      （1）净-排核定：污染排放与环境自净能力平衡的精准核算

      以流域水环境为例。要精准评估水环境和水生态的自组织、自修复和自净化能力，建立承载力评估的精准核算方法。对污染物种类、浓度、环境代谢周期、反应活性、光热等能量驱动机制、排放来源、暴露途径及生态效应进行综合定量评估，建立取得污染排放与消纳平衡的规范化评估方法体系，运用大数据、机器学习等技术实现复杂过程的精准核算，发展定量化精准管的决策平台。在此基础上，精准评估向环境中排放各类污染物的总量和分量，确定环境对污染的消纳水平及其平衡点。

      （2）绿色控源：以资源和能源转化实现污染物最低排放

      实现“零污染”必须最大限度地科学控源、绿色控源。需要发展清洁控源理论和技术，实现污染物的高值资源化和绿色能源化。以下2个案例显示了以物质回收和能量转化路径实现污染物控排、利用和零排放的综合效益。

      案例1污染物去除与同步产能。工业废水中往往含有多种具有较高价态的污染物，比如六价铬。在水处理过程中，需要将其还原为三价，即它可以接受3个电子变为低价态。因此，高价铬是一种富含能量的物质形态。为此，我们可以通过水处理电池系统设计，在铬去除的同时产生电能。如果有光的辅助，可使同步产能更加高效，光电除污产能系统如图2所示。

 

      案例2中国污水处理概念厂实现资源回收和能量自给。2014年中国六位专家联合提出建设中国污水处理概念厂的理念和模式，并将水质永续、资源循环、能量自给和环境友好作为概念厂的四个追求，于2018年12月在河南睢县建成日处理4万m3的初级版污水处理概念厂，实现高品质水的河湖回用、50%以上能量自给、污泥制有机肥回用农田。在此基础上，2021年10月建成世界首座完美体现四个追求的宜兴污水资源概念厂，实现关键污染物的极限去除和高品质净水；利用剩余污泥加农业废弃物干式（约20%干固体）协同厌氧消化及沼气发电，实现能量自给；消化产物生产营养土并回用于农田。城镇污水和工业废水中都含有大量可以实现能量转化和资源回收的有价物质，排则污染，用则有益。因此，资源能源回收和利用是迈向零污染地球的上选之策。

      （3）过程安全：阻断治理过程的二次污染和生态损伤

      环境治理的根本目的是要改善生态质量、实现生态完整性。然而在很多环境治理的现实案例中，并没有依据和实践生态理念，往往未作系统性调查和规划，经常采用一些可以暂时性达到环境指标要求的工程或临时性措施，甚至一些工程措施导致潜在环境风险和生态损伤。比如，在黑臭水体治理时，有些地方采取加药使水临时变清但导致外增化学污染，实施的过渡工程致使水体生态破坏，大量工程之后水体黑臭反弹，......。因此，水环境治理必须按生态修复的目标进行设计，要了解待治理水体的物理化学和生物特征，利用基于自然的治理方法，实施绿色和生态的修复策略。迈向零污染，就必须尊重环境的自然属性，减少人为干扰的力度和强度，绝不在治理中向环境投加破坏生态的药剂。

      （4）精准管理：基于平衡论构建数字化环境管理系统

      要实现对污染物排放与环境净化平衡的精准管控，需要构建多维数字化管理系统。为此，要考虑污染源综合控制，过程污染控制，环境承载力及自净化能力，社会和经济要素等，构建系统数据库，创建可精准描述各要素的模型并对模型进行集成和优化，形成定量化、精准化、数字化管控平台。根据支撑这一平台的实际业务化需求，研发支撑净-排平衡管理的数字化软硬件产品，比如：传感器，检测和通讯设备、模拟和计算产品，基于模型的软件，执行系统等，并在此基础上研制“净-排平衡模拟器”，实现净-排平衡动态核算-调控-决策的工具化和平台化，为迈向零污染提供精准管控技术支撑。

      （5）系统均衡：污染物排放与环境可净化能力的系统调控。

      污染物排放所导致的环境变化和风险具有系统性特征。某一要素的变化可能对整体产生影响，而要素之间的交互作用可能放大环境和生态系统性的响应。例如，污水向受纳水体排放可能导致水体敏感生物及其群落损伤，而生物之间的作用将引发整个水生态系统健康水平下降。因此，在环境复杂网络系统中，关键节点及其关联要素状态的改变都可能都是导致系统性变化的原因，也可能是影响净-排平衡的关键。为此，我们必须从全物质、全要素、全生命周期的系统性层面，研究净-排平衡的系统调控理论、方法和实现路径，为流域、区域、城市等制定零污染规划和政策提供科学依据和技术支撑。

3、迈向零污染地球的挑战

      迈向零污染地球是人类保护和改善环境生态的愿景和理想，是人类生存和发展的必然选择，但迈向“零污染”更面临诸多困难和巨大挑战。我们对零污染的认知仍然是初步的和肤浅的，有关零污染的科学理论、评价方法和实现路径尚形成，实现零污染的环境、生态、社会、经济和民众基础等非常薄弱，污染控制仍然是我国当前最艰巨的环境治理任务。所以，要迈向“零污染地球”就必须打赢环保攻坚战，必须适度并持续地减少污染物的产生和排放，实现减污降碳协同；必须建立并实施环境与社会经济高度协调及彼此平衡的机制，发展支撑净-排平衡的科学原理和系统方法，以净-排平衡支撑零污染地球创建。

本文内容来自FESE期刊2024年第18卷第6期发表的Perspectives文章“Pathways toward a pollution-free planet and challenges”。通讯作者为清华大学曲久辉院士。