王旭：污水資源管理的大數據開拓者 | 「35歲以下科技創新35人」中國榜單專欄

自 1999 年起，《麻省理工科技評論》每年都會推出「35歲以下創新35人」（Innovators Under 35）榜單，旨在於全球範圍內評選出被認為最有才華、最具創新精神，以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創新者或企業家，共分為發明家、創業家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。

2017 年，該全球權威榜單正式推出中國區評選，並已公布並首屆評選結果。現在，《麻省理工科技評論》正式開設「35歲以下創新35人」中國榜單專欄，以人物報道的形式幫助中文讀者了解這些來自中國的新生代科技力量。

王旭·人文關懷者

污水資源管理的大數據開拓者

年齡：32 歲

獲獎年份：2017 年

職位：中國科學院生態環境研究中心副研究員

獲獎事由：提出的「凈環境效益」模型綜合了能耗、化學品使用和溫室氣體排放等產生的環境影響，以及污水和污泥中有用物質的資源環境效益。構建出了面向節能、低碳與資源循環利用的污水處理系統多目標評估新框架，利用大數據開創了城市污水資源可持續管理新模式。

在過去的五年間，中國城市污水排放量從 420 億噸左右發展到了 545 億噸，漲幅超過 30%；與此同時，污水處理能力也在大幅提升，2012 年，我國污水處理率已超過 85%，預計在 2020 年達到 95%。然而，污水處理跟許多工業一樣，一方面屬於能量密集型行業，另一方面在處理污水的過程中也伴隨衍生污染物的形成與釋放。

通常情況下，為了滿足既定的污水排放標準，各種凈水技術和手段會被疊加或串聯使用，目的是將污水中的污染物分離去除或轉化為無害物質。為此，污水處理廠除了會消耗大量的電能和絮凝劑、消毒劑等化學藥品外，還會產生大量的剩餘污泥和溫室氣體。這些都會衍生新的污染與環境問題，這也意味著污水處理行業需要重新尋求有利於地球環境可持續發展的新模式。

在中國科學院生態環境研究中心王旭看來，不單單只有技術層面會對污水處理過程的環境成本產生影響，國情與相關政策與也會影響污水處理模式所產生的環境效益，這些都需要從系統思維的角度進行全面考慮。而這也是王旭提出「凈環境效益」模型的出發點。

他認為與污水處理系統相關的因素繁多，並不能單一地以污水處理率或水質達標率來衡量，應當以實際產生的「凈環境效益」—即因能耗、化學品使用和溫室氣體排放等產生的環境影響與污水及污泥中有用物質的資源環境效益之間的綜合計量—作為評價污水基礎設施對生態環境影響的終點指標，這才符合當前城市污水處理系統發展趨勢的需要。

為此，王旭圍繞「凈環境效益」概念模型，構建出了面向節能、低碳與資源循環利用的污水處理系統多目標評估新框架，並利用大數據方法，通過對全球五十多個發達與發展中國家近二十年的基礎數據進行模式識別，構建出評估指標權重的時序模型，藉此成功估算了 2020 年全球污水處理模式改革的環境效益。

王旭指出，將污水資源化納入污水處理系統的設計與研發框架當中，將有助於提高污水處理的環境友好性。該研究成果為水業管理者提供了穩健的決策信息與高效計量工具，並將為下一輪城市水與衛生基礎設施升級改造與投資建設提供新方向。

該成果並已於 2015 年發表在世界頂級綜合科學刊物《美國科學院院刊（PNAS）》上，至今下載閱讀量累計兩萬餘次，成果得到了資深國際同行與全球頂級刊物的引用與評述，還受到了中國科學院「科研進展」欄目、《中國科學報》等媒體報道，獲得了學術圈、工業界與普通大眾的持續關注。

水是我們人類賴以生存的資源，而水資源短缺現已成為世界性的難題，也是當前全球極為嚴峻的環境變化挑戰之一。水資源循環利用是符合可持續發展以及解決水資源短缺的重要途徑，污水資源化就是其中關鍵的一環。

但如王旭所說，污水處理的傳統模式可能會產生嚴重的污染轉移效應。為此，他大膽探索，將大數據科學等跨學科新元素融入已有百年歷史的污水處理系統設計中，打破傳統以水污染控制為核心的技術模式，將污水看做一種資源。

對此，他解釋道：「國內外已有實踐證明，污水經過不同程度的處理後可以作為城市安全可靠的第二水源，在處理的過程中我們還能將污水中的污染物轉化為生物燃料和農用肥料等資源。」政策分析、系統評估工具也為污水資源化新技術與新系統研發提供了新思路。「開展技術、政策、經濟與環境等不同維度的大數據情景分析，能夠幫助我們以最小的成本明確污水處理技術的未來發展方向，能夠幫助我們研發出真正有利於可持續發展的新技術與新工藝。」王旭說。

目前，他作為國際水協會（IWA）「未來城市計劃」專家指導委員會以及模擬與綜合評估專業委員會的主要委員，正在跟國際同行就污水資源化主題開展深入交流與合作，也在積極探索如何顛覆性重構污水系統的能量流動與物質循環模式，讓污水及其蘊含的碳、氮和磷等物質能以更高的資源效率得以循環利用。我們相信，王旭的研究必定給當前世界共同的水資源問題帶來新的轉機。他也憑藉「大數據驅動的城市污水資源可持續管理新模式」入選首屆《麻省理工科技評論》中國區 35 歲以下科技創新青年榜單，榮獲「人文關懷者」領域獎項。

作為年輕一代的科學家，王旭已在同行中嶄露頭角，但他並不認為研究者只需理所應當地完成實驗探索、數據分析以及報告提交等機械化工作即可。相反地，他認為申請研究課題和完成研究課題並不是研究者創造價值的最終目標，青年研究者應該朝著戰略科學家的方向努力，明確自己的時代使命，思考如何讓研究成果真正地造福人類與地球，如何創造真正的社會價值。對於自己的下一個目標，王旭表示希望能夠跟重量級商業公司有深入合作的機會，在城市水與衛生基礎設施大數據等方面創造出有世界影響力的科技商業項目。