構建協同創新模式 打造創新型集群
——減污降碳提質增效形勢下的水科技創新發展建議

張夏穎，俞嵐，高嵩

[江蘇省（宜興）環保產業技術研究院，江蘇 無錫 214200]

習近平總書記多次就推動減污降碳協同增效作出重要指示，強調要把實現減污降碳協同增效作為促進經濟社會發展全面綠色轉型的總抓手。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要》《重點流域水生態環境保護規劃（2021—2025 年）》《關于推進污水資源化利用的指導意見》等文件相繼出臺，對生態環境的持續改善及行業未來的發展方向做出重要部署，我國水環境治理從水污染防治向水環境、水生態、水資源的“三水”統籌轉變，低碳、循環和水安全相關水技術面臨創新需求。本文深入分析了環境治理減污降碳提質增效需求，研究水科技創新規律，提出構建創新集群，推動減污降碳和環境治理協同發展。

1 減污降碳提質增效需求分析

1.1 低碳技術創新需求

回顧百年來的發展歷程，污水處理對改善人居環境、推動人類文明進步做出了巨大貢獻。污水處理廠作為污水處理的基礎設施，雖然碳排放量僅占全社會碳排放量的1%—2%，實際卻是耗能大戶。據統計，我國太湖流域污水處理廠2020 年噸水碳排放量為0.34—2.04kgCO2/m3，均值為0.82kgCO2/m3，而且相同處理規模的污水處理廠之間碳排放量相差巨大，表明現有污水處理廠仍有較大的減排空間。污水處理廠運行影響因素復雜，如何節能降耗、低碳運行一直是業內專家不斷在研究的問題。污水處理廠低碳污水處理技術的應用，包括節能降耗運行優化與高效控制技術，以及節能降耗新設備的應用，如風機、曝氣器、精確曝氣等設備的應用和維護都是降低運行能耗亟待突破的問題。另外，從提高治理效率來說，實現了集成化、標準化、智能化的水處理裝備將是未來低碳減排的有力工具。

1.2 循環技術創新需求

“污水是一種放錯地方的資源”。20 世紀60 年代，美國提出了“21 世紀水廠”概念，將污水處理標準提升至飲用水標準，對行業產生了深遠影響。發展至今，污水深度處理技術（如反滲透膜處理技術等）已被開發應用，但成本高、能耗高的缺點限制了其被廣泛推廣應用。低碳高效的凈水技術亟待創新開發。除水資源循環利用外，污水處理過程還可實現有機質及磷等資源的循環利用。另外，污水中潛在能量巨大，能源回收利用技術亟待開發應用。據估計，污水所含潛在能量是處理污水能耗的10 倍，污水污泥中碳源捕集、回收利用技術的創新應用是突破污水能量回收的關鍵。

1.3 水安全技術創新需求

隨著經濟社會發展，污染強度不斷增大，污染物種類日趨復雜，水中新污染物的監測技術、去除技術、全流程環境風險控制技術等都面臨著創新需求。隨著公眾環保意識的增強，對水環境質量的要求也不斷提高，這一點從我國不斷提高的污水處理標準中也能看出，多地發布的地方標準中，總磷（TP）要求低于0.2mg/L、化學需氧量（COD）要求低于30mg/L 甚至20mg/L、總氮（TN）要求低于10mg/L 甚至是5mg/L，相比之前的一級A 標準更加嚴格。污染物削減技術面臨升級，如生物脫氮除磷（BNR）向強化脫氮除磷（ENR）方向發展，甚至是技術極限（LOT）水平；一些深度處理乃至超深度處理（高級氧化、反滲透技術等）技術也面臨創新應用。

2 環保產業技術創新特點分析

在減污降碳提質增效形勢下，低碳、創新、安全的水環境治理技術需求旺盛。但環保產業是個特殊性產業，跨行業、跨區域、跨領域、跨學科，具有復雜性、政治性、社會性、經濟性四大屬性，基于此，水科技創新過程具有區別于其他技術創新的特點——多學科參與、多創新主體、創新周期長。分析以上特點，探索創新規律，將為尋求提高創新效率的方法奠定基礎，從而推動水科技創新發展。

2.1 多學科參與創新

環保技術一直以來都是多學科基礎技術在環境治理、生態修復場景下的創新式或組合式應用，化工、材料、通信等各行業的科學技術突飛猛進，不斷給環保技術創新帶來了突破的可能性。以水科技為例，生產清潔的水是一項非常復雜的課題，需要物理、化學和生物多方面的技術支持。例如，膜技術，膜的開發和應用涉及材料學、微生物學、分子生物學、表面化學、化學工程、環境工程、機械工程等多個學科。

隨著環保技術智能化、污染物種類多元化、處理效果極限化、運行工藝低碳化的需求不斷增強，水科技創新將與各學科協作創新，帶動環保技術向前發展。目前，一些發達國家在人工智能、納米新型材料、清潔能源等前沿技術領域均取得了突破。

2.2 創新主體多

技術創新全鏈條發展的不同階段有不同的參與者提供不同資源和要素，如科研院所及高校、產業部門、金融機構、服務體系。整個過程中，各主體及參與者需要保持充分的互動和協同，才能促成技術成果開花結果。如技術發展初期，高校、科研院所的基礎創新工作往往建立在國家機制設置和資金支撐的基礎上，雙方互動聯系緊密；技術進一步發展進入驗證演示的產業化準備階段后，基礎研究機構的參與意愿降低，這時開放式的技術產業化平臺作用就尤為重要；技術發展成熟走向產業化并向商業化邁進的過程中，中小型企業及高成長型初創企業是活躍的主體，同時需要與金融機構、產業各部門頻繁互動。

2.3 創新周期長

水科技創新過程需要將技術、人才、市場、資本等多維度資源進行整合，結合實際工程運行、產業發展問題不斷修正，進而利用合適的推廣媒介和方式進行商業化應用推廣，這樣的流程下，創新周期普遍較長。以水科技創新為例，2018 年，全球高端水環境技術市場咨詢公司Blue Tech Research 及荷蘭瓦赫寧根大學的幾位專家在Water Environment Research期刊上就水技術轉化推廣過程的研究成果發表了“Development and application of a model to study water technology adoption”一文，該研究通過對488 項水技術發展過程進行追蹤和分析，發現水技術從研發到成熟應用的時間跨度一般為12—14 年（見圖1）。

圖1 水科技創新規律[1]

3 構建協同創新的創新型集群的必要性分析

創新型集群對于復雜的系統性創新尤其重要，水科技創新即是這一類。1999 年，創新集群（innovation clusters）的概念首次被提出。經濟合作與發展組織（OECD）在研究報告《集群——促進創新之動力》中提出了創新集群的概念，由企業、研究機構、政府、中介服務組織等構成，并通過產業鏈、價值鏈形成長期穩定的創新協作關系。創新集群內的企業、研發和服務機構聚集，通過分工合作和協同創新，以創新組織機制和商業模式等為依托，推動技術創新，創造更多的價值。集群所具備的多企業集聚、地理靠近、多主體互動特點正是系統性技術創新所必需的，可有效推動主體互動、提高創新效率。

我國產業集群發展迅速，規模數量大，但發展水平低、創新能力不強。近年來，國家及地方發布了一系列政策，推動創新型產業集群的建設。2020 年，科技部火炬中心印發《關于深入推進創新型產業集群高質量發展的意見》，明確了創新型集群的構建目標。習近平總書記在中國科學院第二十次院士大會上強調，“要加快構建龍頭企業牽頭、高校院所支撐、各創新主體相互協同的創新聯合體”，為創新集群的構建提供了重要抓手。

水科技創新有著多學科參與、創新周期長、創新主體多的特點，是一項系統性的復雜創新。目前，社會在綠色低碳發展、生態環境可持續發展的全球目標下，水環境治理面臨諸多技術創新需求，如污水處理廠節能降耗工藝、污染物極限處理技術、資源回收技術等亟待突破。探索構建匯聚了創新所需的各要素資源，可供各創新主體交流對接、開展協同創新工作，并具備成熟的運行管理機制和技術創新模式，是加速環保技術創新、推動環保產業低碳化發展的必要方式。

4 創新集群案例分析

4.1 國家統籌下開展創新—新加坡公用事業局（PUB）

4.1.1 簡介及成效

新加坡是水科技創新的典范，是全球水科技創新的樞紐。新加坡曾經因水資源短缺受困，通過技術創新和綜合管理，在短短幾十年時間里建立了多元化的可持續供水系統（新生水、海水淡化水、地表集水區集水和進口水——四個“水龍頭”），徹底擺脫了極端缺水的局面，同時已經建立起規模龐大、技術先進的環境和水科技產業。新加坡還被譽為“全球水務中心”。目前，環境及水務業已經被新加坡政府確定為新加坡的關鍵發展行業之一，2020 年，環境及水務業產值約為28.5 億新元，約創造1.5 萬個就業崗位，而且其中大多數是需專業及高技能的崗位。

4.1.2 成功要素

4.1.2.1 PUB 為核心的資源整合策略

2001 年，PUB 并入環境部，整合供水和排水部門，是新加坡水戰略的一次重要轉折。作為整個新加坡水資源管理的中樞，PUB 依托其靈活自主高效運轉的體系，有效整合和調動了水戰略、工程體系、產業創新等各種資源，將本國需求和促進產業發展完整契合，取得了很好的成效。

4.1.2.2 長期穩定的水戰略

新生水（NEWater）的成功更是新加坡水行業成功發展的一個縮影。新加坡于20 世紀末提出NEWater 技術路線，舉國家之力，以重大工程凝聚多方資源，尊重行業發展規律，創造性地將污水處理達到飲用水標準，采用新加坡本土企業作為投資主體，整合全球先進技術和企業，如引進北控水務進行合作，從而幫助本土企業快速成長進步，壯大了自身的產業力量。經過初期發展、產業擴張到目前的引領行業階段，NEWater 供水量已占到新加坡總需水量的30%。新加坡政府計劃到2060 年，NEWater 產量增長3 倍，并滿足未來55%的用水需求，新加坡已經有能力逐步實現淡水資源的自給自足。

4.1.2.3 開放的創新基礎設施

新加坡開放各個科研院所、研究機構、私營公司的蓄水池、污水處理廠、新生水廠、水渠水道開展PUB 指定方向的技術小試和中試、驗證研究活動，驗證成功即有可能進入NEWater 的技術體系，這為創新者提供了強大的動力和吸引力。例如，PUB 在烏盧班丹污水回用廠內建設了一個具有測試、研發和驗證功能的小型污水處理站（IVP），能非常方便地連接到主污水回用廠的污泥、污水管路上，而且可同時開展幾個技術的驗證（見圖2）。同時，PUB 可提供各種稅收優惠和補貼等，使得新技術的研究能順利開展，最終走向市場。

圖2 烏盧班丹再生水廠內的IVP 技術驗證廠是PUB 的技術驗證廠（IVP 規模為1.25 萬t/d)[2]

4.2 以高校資源為核心開展創新

4.2.1 簡介及成效

歐洲卓越可持續水技術中心（European Centre of Excellence for Sustainable Water Technology,Wetsus），由荷蘭經濟發展部、荷蘭基礎設施建設與環境部、荷蘭北部省份聯盟等共同資助設立，致力于在水處理技術的基礎性研究上做出突破性的創新。Wetsus 依托一流大學和研究院所開展研究工作，發起并協調一些世界領先的研究項目，企業和科研機構進行多學科合作并相互啟發，形成的創新成果顯著地推動了全球水環境問題的解決進程。

自2003 年成立至今，Wetsus 持續推進尖端科技與商業價值相結合，建立了全球最大的水技術協同創新網絡，其平臺上有包含代爾夫特、瓦赫寧根、英國帝國理工等世界一流大學在內的22 家全球知名高校及研究機構，還有包括殼牌石油、聯合利華、DHV、帕克等知名企業在內的全球100 余家企業會員，其中也有50 余家中小企業。Wetsus 近年來的專利轉化率持續在40%以上。

4.2.2 成功要素

多學科參與合作模式。Wetsus 的研發項目由企業提出需求、支付費用，經專門團隊論證評估可行性并執行，企業全程參與跟進并影響項目，確保了研究方向和行業發展始終相關。來自不同國家、不同大學、不同研究機構、不同學科背景的專家教授和經Wetsus 嚴格選拔招錄的博士生構成項目核心實施主體，在Wetsus 的多學科實驗室和平臺上開展緊密的研發合作和互動，增加了取得突破性成果的可能性。博士生能夠從中清晰地認識產業發展的過程并定位未來的職業角色，而Wetsus 對于博士生的綜合培訓教育計劃，也使得博士生建立起高級項目經理的素質（見圖3）。

圖3 Wetsus 獨特的博士生培養制度[3]

高度信任的合作網絡與機制。由企業會員與研究團隊建立起項目小組，基于不同合作模式的專用合作協議及不同參與方式的知識產權制度設計，保護和強化了參與成員各方對利益分配的合理預期，增強了團隊成員間的信任。例如，一個主題研究小組通常由用戶企業、設備供應企業或者技術服務企業組成，成員之間沒有同質性的競爭。因此，研發取得的突破性成果可以實現全產業鏈的應用，加速技術產業化的進程。

4.3 企業為核心開展創新——宜興環科園

4.3.1 簡介及成效

宜興環保產業起步于20 世紀70 年代，被譽為中國“環保之鄉”，參與并見證了中國環保產業發展的全過程。1992 年，宜興更是獲批建設了全國唯一一個以環保產業為特色的國家高新技術開發區——中國宜興環保科技工業園（以下簡稱環科園）。四十年來，宜興及環科園緊跟中國環保事業發展，經歷不同時期變革發展，從最初環保裝備制造發展到目前的環保產業集群。環科園圍繞創新鏈、產業鏈和資金鏈融合發展，大力推動高端要素集聚、創新創業平臺建設，聚焦產業培育、科技研發、開放合作、雙創服務、金融創新、示范引領和系統服務等方面，探索了一條環保產業高質量發展的“宜興路徑”，構建起面向未來的環保產業創新生態。《宜興市環保產業發展規劃（2021—2025 年）》顯示，2020 年宜興市環保產業產值超200 億元，宜興市規模以上環保企業163 家，高技術企業總數達141 家，有效發明專利668 項，擁有首個環保領域國家技術標準創新基地、2 家院士工作站、25 家省級工程技術研究中心、6 家省級企業技術中心、3 家省級新型研發機構，創新成果顯著。

4.3.2 成功要素

4.3.2.1 創新平臺服務支撐

建設了200 多萬m2的各類功能性載體，形成了環保設計、研發、孵化、檢測、培訓、展示、交易和科技金融等為一體的完善產業鏈。打造了15 家環保專項科技平臺，以及國家節能降耗水處理裝備產業技術創新戰略聯盟、國家環保裝備質量檢驗監督中心等國家級平臺，為環保產業科技創新奠定了堅實基礎。

4.3.2.2 國際先進技術合作模式

組建了13 個國際清潔技術轉移中心，帶領企業參與慕尼黑環保展、美國水展、日韓環保展等國際展會。探索國際技術引進新模式、例如，建立了新南威爾士大學首個中國技術創新及產業化平臺——新南威爾士大學環境技術轉移中心、園區先后引進100 多項先進技術，承擔了中新、中韓、中美、中以、中德等5 個國別合作項目，為園區技術創新提供了源頭活水。

4.3.2.3 適合企業生長的創業氛圍

依托孵化載體和平臺，建成國家級、省級孵化器3 家，國家級、省級眾創空間5 家，形成“創業苗圃+孵化器+加速器+產業園”全鏈條孵化體系。環科園環保產業眾創社區成功入選第四批省眾創社區備案試點。國合環境高端裝備制造基地—宜興環科園是推動環保產業轉型升級、提升國際化合作水平的重要平臺，宜興環科園通過組建實體化的營運機構，重點聚集了一批擁有世界領先技術的優質中小環保企業，國合控股投資孵化公司32 家（中外合資合作7家），為企業生長發展創造了優渥環境。

5 構建協同創新的創新型集群的建議

5.1 發揮政府作用，統籌創新資源

組織各種交流對接活動，打破“產學研”的交流界限，建立協同創新網絡；配合設置地方招商政策、金融政策、人才政策等，制定系列吸引政策；建立綠色低碳環保技術篩選評估流程和機制，對符合區域低碳發展、可持續發展的環境治理技術給予一定優先政策條件，組建低碳環保技術庫，為區域可持續發展儲備技術力量。

5.2 構建技術驗證平臺，提高創新效率

通過技術驗證與示范，推進技術的二次開發、完善優化和運行效果演示，與高校、科研院所開展合作互動，促進科技成果由實驗室走向市場，解決中間環節問題，形成面向市場的具有技術與經濟價值的技術產品，進一步提高技術轉化成功的概率。

5.3 構建創業服務體系，加速技術落地

以創業團隊為核心，通過企業孵化、扶持和輔導、人才培養，推動創業企業成長，是將新技術推向市場的最高效方式。為創業團隊提供制定商業計劃書、戰略咨詢、市場推廣服務等，保證孵化企業持續運營。幫助企業對接高校智庫資源，為其提供技術支持、融資投資等服務，促進“產學研”合作，加速企業發展壯大，推動技術轉化。

5.4 構建協同創新模式，帶動區域創新發展

建立多學科多主體協同創新機制模式，在不斷地技術創新實踐過程中反復論證，最終形成可復制推廣的、高效的環保技術創新模式，打造環保創新品牌，配合商業化推廣機制和渠道，打造品牌影響力，形成推動全球低碳發展的創新集群。

6 結語

隨著“雙碳”目標的提出，環保產業作為低碳發展的重要支撐力量，迎來了發展機遇。為此，要以生態可持續發展面臨的低碳、循環、水安全技術創新需求為立足點，利用區域優勢，匯聚各界資源，構建協同創新網絡，提高創新效率，堅持減污降碳協同發展，打造生態健康的水科技創新型集群，帶動環保產業高質量發展。