5月20日下午，2025（第七屆）中國城市水環境與水生態發展大會暨三峽環境科技大會迎來又一“重頭戲”。大會策劃推出的創新學術交流活動——吳江對話，以“顛覆性技術：思考與突破”為題，邀請三位院士激蕩觀點、啟發智慧。中國工程院院士、城科會副理事長、水分會會長曲久輝 ，中國工程院院士、城科會副理事長余剛，中國工程院院士、城科會水分會副會長俞漢青，在清華大學環境學院院長劉書明教授主持下，圍繞顛覆性技術的內涵特征、前世今生、未來可能等議題，展開一個多小時的深入探討與交流。

對于顛覆性技術，院士們表示，這是具有挑戰性和爭議性的話題，其實他們也在學習、探索當中，之所以現在愿意公開討論，是希望能開啟行業廣泛的共同思考。而在會后，有來自院所代表表示，以前覺得環境領域可能不會像其他行業那樣產生劃時代的突破性技術，現在看來不僅有，未來還可能更多；而企業研發部門的專業觀眾則表示，對今后研發的方向，感覺更篤定、更清晰。也許，這也是院士們策劃、準備、呈現這一討論的意義。

顛覆性技術：

內涵與特征 ，歷史與案例

在進入議題之前，曲久輝院士首先介紹了這場討論的一個契機與背景：日前《中共中央關于進一步全面深化改革、推進中國式現代化的決定》中提出：“ 建立專家實名推薦的非共識項目篩選機制”。所謂非共識項目是指在科技創新活動中，因其?創新性、顛覆性的理念，?與現有知識體系和共識不一致的項目，具有創新性強、? 風險高、? 難識別、? 爭議大等特點，但也正因為此，非共識項目可能是顛覆性科學和技術、重大原始創新的突破點。

他隨后回顧了國際上對顛覆性技術這一概念的研究，從其產生和影響兩個角度出發分析其內涵特點。從產生特征講，呈現非連續性、累積突變性與跨學科融合；在影響方面，則需具備開創性、變革性和戰略價值?！邦嵏残约夹g似乎常常橫空出世，但細究就會發現它并不是無源之水、無本之木，是從小到大的突破，能夠創造完全的不同。特別是環境領域當中我們認為的一些顛覆性技術，都是在交叉學科當中產生的。而從普世角度看，識別顛覆性技術的一個顯著指征，則是一定會帶來經濟社會巨大、長遠的影響和變革?！?/p>

在曲院士的概念剖析之后，余剛院士則從歷史與案例的角度，進一步“具象化”顛覆性技術的特點和影響，加深在場觀眾的感知與共鳴。他表示，這個概念1995年才提出，但是稍有回溯就會發現，顛覆性技術一直在不斷涌現。

在人類歷史的三個不同時期，他各選取三個典型案例來說明。其中在人類文明早期，人工取火（鉆木取火）、野生植物（小麥、水稻）馴化技術在列；他還特別提到了中國古代的四大發明，也曾在全球性的知識傳播、文化傳承、軍事變革、航海時代中具備革命性意義。在近代，典型的顛覆性技術包括蒸汽機、電力和冶煉，特別是后兩項，至今仍在人類社會發揮巨大威力。

進入20世紀，信息革命的兩大推手：互聯網和人工智能，則當仁不讓。特別是后者，被認為是人類迄今最復雜的工具革命，也反復出現在本場討論中。而他最后談及的一項技術，可能會令大家稍感意外。雜交水稻技術看起來似乎沒有前兩者“高精尖”，但從影響來看，其保障人類生存底線，更為應對氣候變化、人口增長提供關鍵技術支撐，彰顯科技造福人類的永恒命題。“連同四大發明一起，中國在顛覆性技術方面也做出了巨大貢獻?！?/p>

環境領域顛覆性技術：

典型與共性

顛覆性技術對歷史、經濟社會施加的改變，深刻而廣泛，但其中不容忽視的是，其對環境自然演化過程的深刻影響及其帶來的全球挑戰。曲久輝院士在上述回顧之后，提到了顛覆性技術可能存在的“雙刃劍”效應，典型如電力技術（化石能源）對大氣的嚴重污染以及對碳排放的巨大“貢獻”；化工業帶來大量化學品生產使用排放，“制造”大量全新污染物。“當然，如何改善、抵消這樣的負面效應，也是未來科技革命的重要內容。

而環境領域顛覆性技術的出現和廣泛應用，則帶來了彌補、改變的力量。

俞漢青院士表示，環境領域也誕生了很多值得驕傲的顛覆性技術。他個人首推活性污泥法，并自信在座同仁會“所見略同”。活性污泥法的產生與迭代，正是發生在工業革命、城市化急速發展，污染問題相伴相生的時期。一百多年以來，仍然是全球使用最廣泛，對污染削減貢獻最大的治污技術?！艾F在很多新型水污染處理工藝，歸根到底還是活性污泥法，幾乎現在所有污水處理企業，最底盤的技術也是它?！?/p>

他還講到氯消毒技術，本身似乎并無重大突破，但實際上改變了水媒疾病肆虐、收割生命的歷史，把人類從傳染病的巨大傷痛中解救出來?！皬倪@個意義上講，我認為它也是環境領域的顛覆性的技術，盡管它非常簡單。”

俞老師介紹的第三個技術其實是一個指標——行內人人皆知的COD。為何它能“入選”？簡而言之，它改變了對水質評價的最基本方式，使得人類可以統一、簡要、規范地對水污染進行定性和定量評價，已成為全球水污染控制、水環境評價等領域，應用最為廣泛的指標工具。有意思的是，俞院士并未查到其精確的“發明者”。“當時提出這一指標的科學家可能也沒有意識到它的意義和價值，我們環境人越用，越覺得它偉大。”

在認可這個“榜單”之余，曲久輝院士也初步小結了環境領域覆性技術產生和應用的獨特性，即問題更復雜，目標不可控，極綜合，以及創新更困難等。“一方面，環境學科有著綜合性理論形成的歷程和其產生的重大科學價值；另一方面，環境學科難產生基本理論的現狀，是由它的極復雜性決定的。與化學、物理、生物等學科相比，環境本身是不可控的開放體系，在其間發現、創造、闡明其基本理論，并據此創造顛覆性技術，具有極大的挑戰性。與此同時，環境顛覆性技術面臨著復雜應用場景，解決實際問題是恒久導向?！?/p>

突破的基礎、預判與路徑

對科學、技術的回顧與梳理，目的始終是為了指向未來。“我們現在是否具備環境領域顛覆性技術的產生基礎，以及可能的創造目標是什么？”劉書明教授對院士們的現場提問，也代表觀眾和行業的關切。

曲院士的回答非常堅定：我個人認為環境技術一定會出現顛覆性的發展，而且一定會在中國出現。原因有二：一是中國已經開展的一系列科研計劃，其在投入規模、應用目標的明確性、連續性和系統性方面，全球罕有，為環境科技突破奠定重要基礎。其中的一些重大研究，如在飲用水安全保障和工業廢水治理方面，已取得顯著成果。二是我們面臨復雜嚴峻的環境挑戰，有著巨大、迫切、持續的環境改善需求。尤其是在新一代技術、新興產業、新的高質量發展需求下，環境科研創新如何通過人工智能等新一代工具實現變革，我們正在堅定邁步向前。

事實上，環境領域可能是未來最有希望實現技術突破的領域之一。曲院士表示，現在大家經常會討論科學研究的方向，認為未來是向極微觀、極宏觀、極端條件以及極綜合交叉這四“極”的發展。這恰恰契合經濟社會可持續發展對環境技術的需求?！叭顼嬘盟竞ξ镔|的極限去除、工業園區零排放、水環境水生態的最小風險等等，這些極限目標構成對環境技術的深度挑戰，但同時也給行業繪制了蓬勃的發展藍圖”。

在具體的技術方向上，三位老師各有一個“提名”。余剛院士“看好”環境智慧感知與調控技術。在環境信息感知方面，既有針對環境指標微納級別的傳感，也有大時空尺度的遙測，以及針對生態和人體健康毒性物質的高通量感知；在風險評估的人工智能模型方面，他認為會產生基于環境容量和環境承載力計算評估，可支撐可持續發展決策、管理的環境大模型，在這兩方面突破之上，將構建城市環境智慧調控信息平臺，實現環境信息的即時感知、精確評估、科學預警和智慧調控，從而支撐生態環境質量的全面改善。

俞院士個人近期一直關注合成生物學在環境領域的發展。他認為，合成生物學近年來在醫學、健康、農業、衛生等方面發展很快，影響很大。環境行業其實也與微生物息息相關，環境合成生物學和其在別的領域一樣，也涉及元件挖掘、代謝網絡重構、人工菌群的設計等。“從這個角度來講，合成生物學在環境領域也同樣充滿希望，比如可以應用于污染物、病原菌檢測，也可以進行污染物的治理強化，還可以把目前農業、工業大量廢棄物當作原料進行生物化工生產。合成生物學的發展為現有環境工程技術的顛覆提供了無限可能?！?/p>

曲院士認為，環境技術將來的顛覆就在生物、材料以及信息技術三個方面。結合正在爆發階段的人工智能，他做了一點簡單想象，一種可以自感知、自響應、自清潔和自動恢復的智慧凈水材料。“這個設想并非天馬行空，芯片或傳感器技術與材料的結合、植入，具備空間與可能性，這一類材料可能就是未來環境技術發展的重要基礎。”

以人工智能為代表的硅基文明前站技術，帶來的契機不僅在于技術產品本身，還可能對創新、科研的路徑本身帶來變革。曲久輝說，環境復雜性背后的海量數據，能否通過人工智能，揭示一些明確的基本科學規律，實現對環境認知從“黑箱”到“白箱”，從定性到定量，單一到交叉，從靜態到動態，最后能夠實現從局部到系統的整體認識。“人工智能將顛覆環境領域的科學范式，也給我們認知、創造和發展帶來前所未有的機遇?！?/p>

除了科研范式變革，老師們聚焦的環境領域顛覆性技術的實現路徑，還包括基礎研究與學科交叉的雙輪驅動，動態預見以及國際視野。

俞漢青院士指出，基礎研究和學科交叉作為顛覆性技術的“”雙輪”，也都有可能在新一代技術的“加持”下提速。”在基礎研究層面的突破也是發展顛覆性技術的一個基礎原動力。但往往還不夠，還需要更多面向未來的跨界融合，特別是其他領域涌現的顛覆性應用。比如環境合成生物學就是生物跟環境的結合，再疊加AI可能就催生智能合成菌群技術；近年來的機器化學家概念，就是把AI+機器人+相關技術，可以大批量合成面向應用的催化劑。這些科研領域的范式和成果，總結下來應該都是理論深耕和融合創新的結果。”

“在組織技術創造的同時，也要實現對技術的動態預見和發展的深度謀劃。”余剛院士表示，對未來技術的動態預見是產生顛覆性技術的重要基礎，建議可以組織專題性研討來預判發展動態，特別是識別跨領域技術的交叉點，在此基礎上針對環境領域設立基于交叉學科進展的重大專項。與此同時，要擁有國際視野，深入了解和洞察國際水環境領域的最新技術動向和發展的趨勢，要從全球范圍內獲取互補性的技術、人才和數據，突破單一國家和地區的資源瓶頸。另外也要通過不同的文化背景下的思維模式碰撞，催生非傳統的技術路徑。

討論接近尾聲，曲久輝院士表示，今天的討論暫告段落，但是我們與行業的創新，正有待出發，永遠在路上。讓我們共同思考、探索、創造。同時，也要堅信，顛覆性技術并非天才所獨有，也會來自于普通人對現實世界可觸及、可發展、可應用的創造。

編后

“以一種略帶顛覆性的學術會議組織和展現形式，來解密顛覆性技術，希望會成為學術會議的一種新范式?！弊鳛榇舜螌υ挼闹鞒秩?，清華大學環境學院教授劉書明在結語中，回顧了這場高知識濃度、高價值密度頭腦風暴的背后，老師們嚴謹、扎實的準備工作，親力親為，求真求實，彰顯當代科學家精神和對環境學科的炙熱情懷。“這為青年學者做了最生動的科學垂范。”

來源 ：城科會水分會、環境前沿先鋒，僅 供分享交流不作商業用途，版權歸原作者和原作者出處。 若有侵權，請聯系刪除 。

排版： 《凈水技術》編輯 李濱妤

審核： 《凈水技術》社長/執行主編 阮辰旼

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