构建协同创新模式 打造创新型集群——减污降碳提质增效形势下的水科技创新发展建议

张夏颖，俞岚，高嵩

[江苏省（宜兴）环保产业技术研究院，江苏 无锡 214200]

习近平总书记多次就推动减污降碳协同增效作出重要指示，强调要把实现减污降碳协同增效作为促进经济社会发展全面绿色转型的总抓手。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》《重点流域水生态环境保护规划（2021—2025 年）》《关于推进污水资源化利用的指导意见》等文件相继出台，对生态环境的持续改善及行业未来的发展方向做出重要部署，我国水环境治理从水污染防治向水环境、水生态、水资源的“三水”统筹转变，低碳、循环和水安全相关水技术面临创新需求。本文深入分析了环境治理减污降碳提质增效需求，研究水科技创新规律，提出构建创新集群，推动减污降碳和环境治理协同发展。

1 减污降碳提质增效需求分析

1.1 低碳技术创新需求

回顾百年来的发展历程，污水处理对改善人居环境、推动人类文明进步做出了巨大贡献。污水处理厂作为污水处理的基础设施，虽然碳排放量仅占全社会碳排放量的1%—2%，实际却是耗能大户。据统计，我国太湖流域污水处理厂2020 年吨水碳排放量为0.34—2.04kgCO2/m3，均值为0.82kgCO2/m3，而且相同处理规模的污水处理厂之间碳排放量相差巨大，表明现有污水处理厂仍有较大的减排空间。污水处理厂运行影响因素复杂，如何节能降耗、低碳运行一直是业内专家不断在研究的问题。污水处理厂低碳污水处理技术的应用，包括节能降耗运行优化与高效控制技术，以及节能降耗新设备的应用，如风机、曝气器、精确曝气等设备的应用和维护都是降低运行能耗亟待突破的问题。另外，从提高治理效率来说，实现了集成化、标准化、智能化的水处理装备将是未来低碳减排的有力工具。

1.2 循环技术创新需求

“污水是一种放错地方的资源”。20 世纪60 年代，美国提出了“21 世纪水厂”概念，将污水处理标准提升至饮用水标准，对行业产生了深远影响。发展至今，污水深度处理技术（如反渗透膜处理技术等）已被开发应用，但成本高、能耗高的缺点限制了其被广泛推广应用。低碳高效的净水技术亟待创新开发。除水资源循环利用外，污水处理过程还可实现有机质及磷等资源的循环利用。另外，污水中潜在能量巨大，能源回收利用技术亟待开发应用。据估计，污水所含潜在能量是处理污水能耗的10 倍，污水污泥中碳源捕集、回收利用技术的创新应用是突破污水能量回收的关键。

1.3 水安全技术创新需求

随着经济社会发展，污染强度不断增大，污染物种类日趋复杂，水中新污染物的监测技术、去除技术、全流程环境风险控制技术等都面临着创新需求。随着公众环保意识的增强，对水环境质量的要求也不断提高，这一点从我国不断提高的污水处理标准中也能看出，多地发布的地方标准中，总磷（TP）要求低于0.2mg/L、化学需氧量（COD）要求低于30mg/L 甚至20mg/L、总氮（TN）要求低于10mg/L 甚至是5mg/L，相比之前的一级A 标准更加严格。污染物削减技术面临升级，如生物脱氮除磷（BNR）向强化脱氮除磷（ENR）方向发展，甚至是技术极限（LOT）水平；一些深度处理乃至超深度处理（高级氧化、反渗透技术等）技术也面临创新应用。

2 环保产业技术创新特点分析

在减污降碳提质增效形势下，低碳、创新、安全的水环境治理技术需求旺盛。但环保产业是个特殊性产业，跨行业、跨区域、跨领域、跨学科，具有复杂性、政治性、社会性、经济性四大属性，基于此，水科技创新过程具有区别于其他技术创新的特点——多学科参与、多创新主体、创新周期长。分析以上特点，探索创新规律，将为寻求提高创新效率的方法奠定基础，从而推动水科技创新发展。

2.1 多学科参与创新

环保技术一直以来都是多学科基础技术在环境治理、生态修复场景下的创新式或组合式应用，化工、材料、通信等各行业的科学技术突飞猛进，不断给环保技术创新带来了突破的可能性。以水科技为例，生产清洁的水是一项非常复杂的课题，需要物理、化学和生物多方面的技术支持。例如，膜技术，膜的开发和应用涉及材料学、微生物学、分子生物学、表面化学、化学工程、环境工程、机械工程等多个学科。

随着环保技术智能化、污染物种类多元化、处理效果极限化、运行工艺低碳化的需求不断增强，水科技创新将与各学科协作创新，带动环保技术向前发展。目前，一些发达国家在人工智能、纳米新型材料、清洁能源等前沿技术领域均取得了突破。

2.2 创新主体多

技术创新全链条发展的不同阶段有不同的参与者提供不同资源和要素，如科研院所及高校、产业部门、金融机构、服务体系。整个过程中，各主体及参与者需要保持充分的互动和协同，才能促成技术成果开花结果。如技术发展初期，高校、科研院所的基础创新工作往往建立在国家机制设置和资金支撑的基础上，双方互动联系紧密；技术进一步发展进入验证演示的产业化准备阶段后，基础研究机构的参与意愿降低，这时开放式的技术产业化平台作用就尤为重要；技术发展成熟走向产业化并向商业化迈进的过程中，中小型企业及高成长型初创企业是活跃的主体，同时需要与金融机构、产业各部门频繁互动。

2.3 创新周期长

水科技创新过程需要将技术、人才、市场、资本等多维度资源进行整合，结合实际工程运行、产业发展问题不断修正，进而利用合适的推广媒介和方式进行商业化应用推广，这样的流程下，创新周期普遍较长。以水科技创新为例，2018 年，全球高端水环境技术市场咨询公司Blue Tech Research 及荷兰瓦赫宁根大学的几位专家在Water Environment Research期刊上就水技术转化推广过程的研究成果发表了“Development and application of a model to study water technology adoption”一文，该研究通过对488 项水技术发展过程进行追踪和分析，发现水技术从研发到成熟应用的时间跨度一般为12—14 年（见图1）。

图1 水科技创新规律[1]

3 构建协同创新的创新型集群的必要性分析

创新型集群对于复杂的系统性创新尤其重要，水科技创新即是这一类。1999 年，创新集群（innovation clusters）的概念首次被提出。经济合作与发展组织（OECD）在研究报告《集群——促进创新之动力》中提出了创新集群的概念，由企业、研究机构、政府、中介服务组织等构成，并通过产业链、价值链形成长期稳定的创新协作关系。创新集群内的企业、研发和服务机构聚集，通过分工合作和协同创新，以创新组织机制和商业模式等为依托，推动技术创新，创造更多的价值。集群所具备的多企业集聚、地理靠近、多主体互动特点正是系统性技术创新所必需的，可有效推动主体互动、提高创新效率。

我国产业集群发展迅速，规模数量大，但发展水平低、创新能力不强。近年来，国家及地方发布了一系列政策，推动创新型产业集群的建设。2020 年，科技部火炬中心印发《关于深入推进创新型产业集群高质量发展的意见》，明确了创新型集群的构建目标。习近平总书记在中国科学院第二十次院士大会上强调，“要加快构建龙头企业牵头、高校院所支撑、各创新主体相互协同的创新联合体”，为创新集群的构建提供了重要抓手。

水科技创新有着多学科参与、创新周期长、创新主体多的特点，是一项系统性的复杂创新。目前，社会在绿色低碳发展、生态环境可持续发展的全球目标下，水环境治理面临诸多技术创新需求，如污水处理厂节能降耗工艺、污染物极限处理技术、资源回收技术等亟待突破。探索构建汇聚了创新所需的各要素资源，可供各创新主体交流对接、开展协同创新工作，并具备成熟的运行管理机制和技术创新模式，是加速环保技术创新、推动环保产业低碳化发展的必要方式。

4 创新集群案例分析

4.1 国家统筹下开展创新—新加坡公用事业局（PUB）

4.1.1 简介及成效

新加坡是水科技创新的典范，是全球水科技创新的枢纽。新加坡曾经因水资源短缺受困，通过技术创新和综合管理，在短短几十年时间里建立了多元化的可持续供水系统（新生水、海水淡化水、地表集水区集水和进口水——四个“水龙头”），彻底摆脱了极端缺水的局面，同时已经建立起规模庞大、技术先进的环境和水科技产业。新加坡还被誉为“全球水务中心”。目前，环境及水务业已经被新加坡政府确定为新加坡的关键发展行业之一，2020 年，环境及水务业产值约为28.5 亿新元，约创造1.5 万个就业岗位，而且其中大多数是需专业及高技能的岗位。

4.1.2 成功要素

4.1.2.1 PUB 为核心的资源整合策略

2001 年，PUB 并入环境部，整合供水和排水部门，是新加坡水战略的一次重要转折。作为整个新加坡水资源管理的中枢，PUB 依托其灵活自主高效运转的体系，有效整合和调动了水战略、工程体系、产业创新等各种资源，将本国需求和促进产业发展完整契合，取得了很好的成效。

4.1.2.2 长期稳定的水战略

新生水（NEWater）的成功更是新加坡水行业成功发展的一个缩影。新加坡于20 世纪末提出NEWater 技术路线，举国家之力，以重大工程凝聚多方资源，尊重行业发展规律，创造性地将污水处理达到饮用水标准，采用新加坡本土企业作为投资主体，整合全球先进技术和企业，如引进北控水务进行合作，从而帮助本土企业快速成长进步，壮大了自身的产业力量。经过初期发展、产业扩张到目前的引领行业阶段，NEWater 供水量已占到新加坡总需水量的30%。新加坡政府计划到2060 年，NEWater 产量增长3 倍，并满足未来55%的用水需求，新加坡已经有能力逐步实现淡水资源的自给自足。

4.1.2.3 开放的创新基础设施

新加坡开放各个科研院所、研究机构、私营公司的蓄水池、污水处理厂、新生水厂、水渠水道开展PUB 指定方向的技术小试和中试、验证研究活动，验证成功即有可能进入NEWater 的技术体系，这为创新者提供了强大的动力和吸引力。例如，PUB 在乌卢班丹污水回用厂内建设了一个具有测试、研发和验证功能的小型污水处理站（IVP），能非常方便地连接到主污水回用厂的污泥、污水管路上，而且可同时开展几个技术的验证（见图2）。同时，PUB 可提供各种税收优惠和补贴等，使得新技术的研究能顺利开展，最终走向市场。

图2 乌卢班丹再生水厂内的IVP 技术验证厂是PUB 的技术验证厂（IVP 规模为1.25 万t/d)[2]

4.2 以高校资源为核心开展创新

4.2.1 简介及成效

欧洲卓越可持续水技术中心（European Centre of Excellence for Sustainable Water Technology,Wetsus），由荷兰经济发展部、荷兰基础设施建设与环境部、荷兰北部省份联盟等共同资助设立，致力于在水处理技术的基础性研究上做出突破性的创新。Wetsus 依托一流大学和研究院所开展研究工作，发起并协调一些世界领先的研究项目，企业和科研机构进行多学科合作并相互启发，形成的创新成果显著地推动了全球水环境问题的解决进程。

自2003 年成立至今，Wetsus 持续推进尖端科技与商业价值相结合，建立了全球最大的水技术协同创新网络，其平台上有包含代尔夫特、瓦赫宁根、英国帝国理工等世界一流大学在内的22 家全球知名高校及研究机构，还有包括壳牌石油、联合利华、DHV、帕克等知名企业在内的全球100 余家企业会员，其中也有50 余家中小企业。Wetsus 近年来的专利转化率持续在40%以上。

4.2.2 成功要素

多学科参与合作模式。Wetsus 的研发项目由企业提出需求、支付费用，经专门团队论证评估可行性并执行，企业全程参与跟进并影响项目，确保了研究方向和行业发展始终相关。来自不同国家、不同大学、不同研究机构、不同学科背景的专家教授和经Wetsus 严格选拔招录的博士生构成项目核心实施主体，在Wetsus 的多学科实验室和平台上开展紧密的研发合作和互动，增加了取得突破性成果的可能性。博士生能够从中清晰地认识产业发展的过程并定位未来的职业角色，而Wetsus 对于博士生的综合培训教育计划，也使得博士生建立起高级项目经理的素质（见图3）。

图3 Wetsus 独特的博士生培养制度[3]

高度信任的合作网络与机制。由企业会员与研究团队建立起项目小组，基于不同合作模式的专用合作协议及不同参与方式的知识产权制度设计，保护和强化了参与成员各方对利益分配的合理预期，增强了团队成员间的信任。例如，一个主题研究小组通常由用户企业、设备供应企业或者技术服务企业组成，成员之间没有同质性的竞争。因此，研发取得的突破性成果可以实现全产业链的应用，加速技术产业化的进程。

4.3 企业为核心开展创新——宜兴环科园

4.3.1 简介及成效

宜兴环保产业起步于20 世纪70 年代，被誉为中国“环保之乡”，参与并见证了中国环保产业发展的全过程。1992 年，宜兴更是获批建设了全国唯一一个以环保产业为特色的国家高新技术开发区——中国宜兴环保科技工业园（以下简称环科园）。四十年来，宜兴及环科园紧跟中国环保事业发展，经历不同时期变革发展，从最初环保装备制造发展到目前的环保产业集群。环科园围绕创新链、产业链和资金链融合发展，大力推动高端要素集聚、创新创业平台建设，聚焦产业培育、科技研发、开放合作、双创服务、金融创新、示范引领和系统服务等方面，探索了一条环保产业高质量发展的“宜兴路径”，构建起面向未来的环保产业创新生态。《宜兴市环保产业发展规划（2021—2025 年）》显示，2020 年宜兴市环保产业产值超200 亿元，宜兴市规模以上环保企业163 家，高技术企业总数达141 家，有效发明专利668 项，拥有首个环保领域国家技术标准创新基地、2 家院士工作站、25 家省级工程技术研究中心、6 家省级企业技术中心、3 家省级新型研发机构，创新成果显著。

4.3.2 成功要素

4.3.2.1 创新平台服务支撑

建设了200 多万m2的各类功能性载体，形成了环保设计、研发、孵化、检测、培训、展示、交易和科技金融等为一体的完善产业链。打造了15 家环保专项科技平台，以及国家节能降耗水处理装备产业技术创新战略联盟、国家环保装备质量检验监督中心等国家级平台，为环保产业科技创新奠定了坚实基础。

4.3.2.2 国际先进技术合作模式

组建了13 个国际清洁技术转移中心，带领企业参与慕尼黑环保展、美国水展、日韩环保展等国际展会。探索国际技术引进新模式、例如，建立了新南威尔士大学首个中国技术创新及产业化平台——新南威尔士大学环境技术转移中心、园区先后引进100 多项先进技术，承担了中新、中韩、中美、中以、中德等5 个国别合作项目，为园区技术创新提供了源头活水。

4.3.2.3 适合企业生长的创业氛围

依托孵化载体和平台，建成国家级、省级孵化器3 家，国家级、省级众创空间5 家，形成“创业苗圃+孵化器+加速器+产业园”全链条孵化体系。环科园环保产业众创社区成功入选第四批省众创社区备案试点。国合环境高端装备制造基地—宜兴环科园是推动环保产业转型升级、提升国际化合作水平的重要平台，宜兴环科园通过组建实体化的营运机构，重点聚集了一批拥有世界领先技术的优质中小环保企业，国合控股投资孵化公司32 家（中外合资合作7家），为企业生长发展创造了优渥环境。

5 构建协同创新的创新型集群的建议

5.1 发挥政府作用，统筹创新资源

组织各种交流对接活动，打破“产学研”的交流界限，建立协同创新网络；配合设置地方招商政策、金融政策、人才政策等，制定系列吸引政策；建立绿色低碳环保技术筛选评估流程和机制，对符合区域低碳发展、可持续发展的环境治理技术给予一定优先政策条件，组建低碳环保技术库，为区域可持续发展储备技术力量。

5.2 构建技术验证平台，提高创新效率

通过技术验证与示范，推进技术的二次开发、完善优化和运行效果演示，与高校、科研院所开展合作互动，促进科技成果由实验室走向市场，解决中间环节问题，形成面向市场的具有技术与经济价值的技术产品，进一步提高技术转化成功的概率。

5.3 构建创业服务体系，加速技术落地

以创业团队为核心，通过企业孵化、扶持和辅导、人才培养，推动创业企业成长，是将新技术推向市场的最高效方式。为创业团队提供制定商业计划书、战略咨询、市场推广服务等，保证孵化企业持续运营。帮助企业对接高校智库资源，为其提供技术支持、融资投资等服务，促进“产学研”合作，加速企业发展壮大，推动技术转化。

5.4 构建协同创新模式，带动区域创新发展

建立多学科多主体协同创新机制模式，在不断地技术创新实践过程中反复论证，最终形成可复制推广的、高效的环保技术创新模式，打造环保创新品牌，配合商业化推广机制和渠道，打造品牌影响力，形成推动全球低碳发展的创新集群。

6 结语

随着“双碳”目标的提出，环保产业作为低碳发展的重要支撑力量，迎来了发展机遇。为此，要以生态可持续发展面临的低碳、循环、水安全技术创新需求为立足点，利用区域优势，汇聚各界资源，构建协同创新网络，提高创新效率，坚持减污降碳协同发展，打造生态健康的水科技创新型集群，带动环保产业高质量发展。