曲久辉:农村饮用水砷氟污染需要廉价和方便解决方案

2014-04-17 16:07:37 admin 446
来源:《中国环境报》记者 张春燕 / 时间:2012-5-16 11:20:12
  据中国环境网2012年5月16日讯 科学家的内心,好象特别难以走近。后天养成的严谨和审慎,使得他们的性格变得平实又坚韧。如同一扇巨大的门,巍峨耸立,拥有恰到好处的威严。笃信科学本身不应值得渲染的曲久辉,与之探讨他实践科学的规律,远比探讨他做了什么更有意义。
  采访他之前,他的学生告诉记者,曲院士和其他科学家相比,有两个特点。一是,他在相当年轻的年纪就当选为中国工程院院士,那时他52岁。二是,他是为数不多没有留学经历的土生土长的中国科学家。
  他说,从认知到反馈是环境科技创新的基本过程。环境科学要求科学家在认识自然以及人类胁迫导致的自然变化中,找到一条解决问题的基本规律。
  采访曲久辉,他和记者首先谈起的,不是自己做的研究内容,而是哲学。“哲学指导科学。”他的镜片背后折射出眼睛里的睿智。
  他侃侃而谈,环境科学是一门面向复杂体系的学问。它直接面对的是解决实际问题,它要求科学家必须要在认识自然以及人类胁迫导致的自然变化中,找到一条解决问题的基本规律。
  环境科学难,难在缺乏一个普遍规律。这是因为,在历史长河里,人类积淀了对化学、物理学等基础科学的丰富知识,建立了无数个原理、定理、定律等基本科学规律。然而环境科学作为一门年轻的学科,因其可变化的因子太多,找到一个普遍规律太难了。
  “实践—认识—再实践—再认识:在实践中发现科学问题,用科学发现支撑技术创新和工程应用。”曲久辉用这句话回答了自己如何用哲学来指导自己的研究。
  “举一个例子,我的研究始终围绕着实践和认知的关系。比如水处理技术,针对某个需要治理的实际污染问题,我们首先要认识问题是什么,其中的关键科学问题是什么,并基于此选择与之适宜的技术,再采用恰当的工艺,*后付诸于工程运用。工程运用也不是*终的完结,其结果不仅可以检验认识的正确与否,还要在工程实践中发现新的科学问题,并如此往复。这不恰好是一种认知和实践关系的完美体现吗?”
  中国乃至世界上很多水厂都面临一个重大的工艺技术难题——如何同时保证饮用水的COD(化学需氧量)达标,又能*大限度地控制有毒副产物的生成风险?
  曲久辉和其研究团队采用的就是以认知指导实践的思路。例如,在他们解决此类问题的多种路径中,有一种是采用强化絮凝吸附的方法。首先,他们将特定原水中的天然有机物进行形态分类,同时将铝盐絮凝剂的多种形态与有机物的不同形态进行反应,从而确定了絮凝剂与目标有机物之间的形态匹配关系,揭示了消毒副产物优势前驱体去除的分子机理,研制出具有watechliuhede作用效果的复合净水药剂,建立了以过程认知为基础的高效水处理新工艺。
  在此过程中,他们发明了多项核心技术,形成了基于形态学原理优化饮用水处理工艺的新理论和新思路,并成功地将这一思路和工艺技术应用于多个大中型净水厂,开辟了净水厂工艺效率提升的新途径。
  科学研究好比一间幽暗无比的黑室。在毫无规律和迹象的情况下,摸清研究对象的本质,如同光束打开真理的大门。这就是为什么有的科学家研究出的成果,在现实情况下却解决不了问题。实验室的研究毕竟不等同于真实环境,在实验室能成功的实验经受不住真实环境的检验。恰恰就是这样的研究没有摸清事物的本质,在偶然的情况下能成功,在复杂环境状况下就不一定能解决问题了。
  他说,科学需要有一种不断思考的独立精神。由此在对待科学研究时,他始终怀有质疑和批判的态度。
  对于科学家而言,若在研究领域做出与众不同的成果,必然要有创新精神。曲久辉说:“不论我行还是走,思考成为我的一种习惯。我认为这是一种独立人格的体现。”
  他给记者举例子。时常在一些学术交流会议上,他对国外水处理的先进做法总是认真聆听。但是他反感的一个词是“应该”!传授先进经验的人在交流结束时强调,我们中国也应该怎样。“不是国外被证明先进的做法,我们就‘应该’去怎么做。科学需要反思,需要有批判主义精神。再先进的做法也要结合实际情况。”
  2008年秋季,河南商丘段大沙河发生严重的水体砷污染,污染水体涉及河流、运河、池塘等,污染范围横跨河南、安徽两省以及商丘、周口和亳州三市,污染对沿岸居民的生产生活、特别是饮用水源的水质安全构成严重威胁。
  事件发生后,环境保护部迅速组织水处理的权威专家进行商讨。
  开会时,各个水处理的专家们提出了几套方案。曲久辉的同事、中国科学院生态环境研究中心的杨敏也参与了会议。眼看着就要定下方案,长期跟随曲久辉研究砷污染的杨敏着急了。前几个发言的专家,其方案各有利弊,但眼下似乎中科院的方案更有成功的可能。杨敏“腾”地站起来说:“给我两分钟时间,让我说说中科院会怎么做。”
  短短两分钟,他只谈了两点,一是中科院关于砷污染的研究成果,二是结果会怎样。会议*终决定,让曲久辉院士和他的团队挑起这个危机解决的重担。
  很快,曲院士及其团队迎难而上。
  那么,科学家如何解决环境突发事件呢?曲久辉带领团队做了三件事情。一是摸清现场状况,包括基本数据,比如水流速,污染面积,水中砷浓度;二是制订方案,他们找来几个大水桶,就在事故地的边上现场做实验,把以往的砷污染处理经验加以灵活运用,然后提出了经济有效、安全可靠的工程方案;三是设计工艺,并现场参与指导工程实施。
  治理结果非常成功。他们不仅消除了大沙河砷污染威胁,而且还成功治理了诸多被累及的池塘、沟渠、小河等砷污染水体。*重要的是,他们的技术方案和工程措施没有给河流生态和沿岸环境造成任何不良影响。有专家惊叹:“如此大规模的砷污染成功治理,在国内外还是第一次。”
  “对砷污染的治理研究来源于一次学生实验的报告,我很快找到灵感,这也许能用于解决砷污染的问题。”曲久辉告诉记者说。对于不了解砷污染治理的人来说,砷污染的治理难度是超越人们想象的。全世界有无数科学家致力于攻克砷污染的难题,但是鲜有人迈过这道山峰。
  难在哪里?
  曲院士解释道:砷在水中有两种形态,一种是三价砷,一种是五价砷。在处理过程中,五价砷可以用吸附方法直接去除,但对三价砷必须先向水中投加氧化剂或通过其他氧化方式,将其氧化为五价形态才能被吸附去除。
  有一次,学生在做一项关于吸附剂的实验时,无意中发现磷的干扰特别大。在报告给曲久辉实验中产生的问题时,曲久辉脑子中的灵光忽然闪现,这个发现或许能解决困扰科学家许久的砷污染问题。
  再继续深入地实验下去,他们发现,一种可变价态的氧化物可以在其表面将三价砷迅速地转化为五价形态,当这种氧化物与另一种高吸附砷的氧化物复合时,可实现对水中砷的一步去除。他们将实验结果转化为发明的新材料。难能可贵的是,这种新材料成本很低,但是消除砷污染效果非常好,多年来都无需更换。对于工程运用来说,新材料成本低无疑对实践是巨大的福音。正是由于科学家的不断努力,才用*小的代价换得了*优的成果。
  曲久辉的观察和思考并没有就此停止。他又敏锐地意识到,对除砷原理和方法的发展有可能解决其他的水处理难题。通过潜心研究,他们发现,利用类似的反应过程和具有丰富表面羟基表面的金属氧化物,可以有效去除水中的氟。与砷去除不同的是,他们成功地解决了氟与处理材料高效络合并从络合态巧妙转化为吸附态的原理和技术问题。据此,曲久辉的研究团队发明了除氟新材料、新工艺和全新反器,使氟污染水处理技术产生了实质性的突破。他们又进一步将除砷除氟原理和方法融合,开发出砷氟同时去除的净水材料和技术系统。在认知—求证—实践—反馈的创新过程中,曲久辉不断攀升到一个又一个新的科学技术起点。
  他说,我愿意毫不保留地把我的知识传递给需要的人们,只要他们觉得有用。
  一本《水处理电化学原理与技术》是曲久辉院士呕心沥血的著作。在这本书里,他把多年来自己的研究成果,用严谨而又易于理解的表达方式撰写出来。“这是一本电化学水处理专著。有不少水处理企业借鉴了书中所述的原理和方法,解决了很多水处理难题。”曲久辉语气轻松道。
  实际上,本已经申请和获得专利的多种研究成果,是应该要求技术使用回报的,但很多时候曲久辉并没有这样做。他认为,能让更多的人从书里受到启发,并能自觉地进行环境治理绝对是一件功德无量的事情。
  “我不保留我的研究成果,因为它们来自于国家的支持和纳税人的资助,成果应该服务于社会和人民。同时,环境保护是一项公益性事业,这也决定了我研究成果的公共服务属性。”曲久辉说。根据这本书里提出的原理和技术方案,有的企业根据具体工程需要进一步开发出实用水处理工艺和设施,在实际运行中他们发现了问题后,也会把问题反馈给曲久辉的研究团队。
  曲久辉认为:“企业在实践中给我提出的问题,恰恰是我在实验室中无法发现的,更是已有科学文献中没有报道的,也是我们凝炼科学问题的重要来源。因此,我非常愿意和企业讨论他们遇到的技术难题,也愿意回答我所了解的知识。”
  作为一名科学家,造福人民是他心中恒久的宗旨。“我们在关注城市问题的时候,*容易被遗忘的是那些贫困和偏僻的地区。”曲院士感慨万千地介绍,有些地区还在使用着劣质的水源,甚至没有任何处理设施,或由于找不到一种廉价和方便的水处理方法而饮用不合格的水,有很多人因此而致病甚至致残。
  “我曾经在云南和山西的艰苦地区,看到一些农民由于砷中毒致使皮肤粘膜病变、角质化或疣状增生等,他们贫困而无助。我们曾经与全球健康与教育基金会合作,为山西的一个村子捐赠建设了饮用水处理站,让当地的农民喝上了洁净的水。当水站启动运行时,他们敲锣打鼓地欢迎我们,用*淳朴和真诚的方式感谢我们!”曲久辉始终关心农村饮水安全,特别关注农村饮用水的砷和氟污染问题,这实际上也是世界范围内普遍存在但尚未有效解决的重要水质难题之一。
  谁能想到,理工科出身的他,曾经到了迷恋文学甚至想报考新闻专业的地步。可他说:“我喜欢水,它无形而又有形,它温柔而又暴力。”他*终决定以研究水为终身己任,也是因为这是一种有益于人民群众的事业。
  “我没有后悔放弃文科,因为我觉得科学是需要从不同角度去思考的。”纵然与文科失之交臂,《论人类不平等起源》、《社会契约论》、《爱弥儿》、《忏悔录》等著作,都给了曲久辉很大的启发。后来,他又读了狄德罗、伏尔泰等启蒙思想家的作品。他认为:人是需要启蒙的,尤其是一直处于混沌状态的人。阅读有关自然哲学书籍,深刻影响了他后来对科学研究的形态认识、逻辑设计和辩证思维。在一片汪洋书海中,他*喜欢的两部文学作品,一是罗曼罗兰的《约翰·克利斯朵夫》,一部是卢梭的《忏悔录》。
  研究水,热爱水,水是曲久辉*衷爱的物质。他赋予了水如此的浪漫:“水流淌着悠久的历史,倾其浩瀚情怀记载千古兴衰、万世演进的足迹;水蕴育着灿烂的文化,在奔腾与小憩间融汇并创造了远古至今的文明;水书写着浪漫的诗篇,用豪迈、善美、深沉和无畏滋育了普世相依的生灵;水弹奏着优美的乐章,以变幻莫测之音演绎了经天纬地的艺术。”
  “曾经,我以为已经爬过了几座小山,现在才发现,前面的山一座高过一座。”这是在2009年被评选为院士后,曲久辉发自内心地表达。如今,在水质与水污染控制的理论和实践的探索之路上,曲久辉又开始向科学的高峰继续攀登了。
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