曲久輝：農村飲用水砷氟污染需要廉價(jià)和方便解決方案
2014-04-17 16:07:37
admin
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據中國環(huán)境網(wǎng)2012年5月16日訊 科學(xué)家的內心，好象特別難以走近。后天養成的嚴謹和審慎，使得他們的性格變得平實(shí)又堅韌。如同一扇巨大的門(mén)，巍峨聳立，擁有恰到好處的威嚴。篤信科學(xué)本身不應值得渲染的曲久輝，與之探討他實(shí)踐科學(xué)的規律，遠比探討他做了什么更有意義。
采訪(fǎng)他之前，他的學(xué)生告訴記者，曲院士和其他科學(xué)家相比，有兩個(gè)特點(diǎn)。一是，他在相當年輕的年紀就當選為中國工程院院士，那時(shí)他52歲。二是，他是為數不多沒(méi)有留學(xué)經(jīng)歷的土生土長(cháng)的中國科學(xué)家。
他說(shuō)，從認知到反饋是環(huán)境科技創(chuàng )新的基本過(guò)程。環(huán)境科學(xué)要求科學(xué)家在認識自然以及人類(lèi)脅迫導致的自然變化中，找到一條解決問(wèn)題的基本規律。
采訪(fǎng)曲久輝，他和記者首先談起的，不是自己做的研究?jì)热?，而是哲學(xué)?！罢軐W(xué)指導科學(xué)?！彼溺R片背后折射出眼睛里的睿智。
他侃侃而談，環(huán)境科學(xué)是一門(mén)面向復雜體系的學(xué)問(wèn)。它直接面對的是解決實(shí)際問(wèn)題，它要求科學(xué)家必須要在認識自然以及人類(lèi)脅迫導致的自然變化中，找到一條解決問(wèn)題的基本規律。
環(huán)境科學(xué)難，難在缺乏一個(gè)普遍規律。這是因為，在歷史長(cháng)河里，人類(lèi)積淀了對化學(xué)、物理學(xué)等基礎科學(xué)的豐富知識，建立了無(wú)數個(gè)原理、定理、定律等基本科學(xué)規律。然而環(huán)境科學(xué)作為一門(mén)年輕的學(xué)科，因其可變化的因子太多，找到一個(gè)普遍規律太難了。
“實(shí)踐—認識—再實(shí)踐—再認識：在實(shí)踐中發(fā)現科學(xué)問(wèn)題，用科學(xué)發(fā)現支撐技術(shù)創(chuàng )新和工程應用?！鼻幂x用這句話(huà)回答了自己如何用哲學(xué)來(lái)指導自己的研究。
“舉一個(gè)例子，我的研究始終圍繞著(zhù)實(shí)踐和認知的關(guān)系。比如水處理技術(shù)，針對某個(gè)需要治理的實(shí)際污染問(wèn)題，我們首先要認識問(wèn)題是什么，其中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是什么，并基于此選擇與之適宜的技術(shù)，再采用恰當的工藝，*后付諸于工程運用。工程運用也不是*終的完結，其結果不僅可以檢驗認識的正確與否，還要在工程實(shí)踐中發(fā)現新的科學(xué)問(wèn)題，并如此往復。這不恰好是一種認知和實(shí)踐關(guān)系的完美體現嗎？”
中國乃至世界上很多水廠(chǎng)都面臨一個(gè)重大的工藝技術(shù)難題——如何同時(shí)保證飲用水的COD（化學(xué)需氧量）達標，又能*大限度地控制有毒副產(chǎn)物的生成風(fēng)險？
曲久輝和其研究團隊采用的就是以認知指導實(shí)踐的思路。例如，在他們解決此類(lèi)問(wèn)題的多種路徑中，有一種是采用強化絮凝吸附的方法。首先，他們將特定原水中的天然有機物進(jìn)行形態(tài)分類(lèi)，同時(shí)將鋁鹽絮凝劑的多種形態(tài)與有機物的不同形態(tài)進(jìn)行反應，從而確定了絮凝劑與目標有機物之間的形態(tài)匹配關(guān)系，揭示了消毒副產(chǎn)物優(yōu)勢前驅體去除的分子機理，研制出具有watechliuhede作用效果的復合凈水藥劑，建立了以過(guò)程認知為基礎的高效水處理新工藝。
在此過(guò)程中，他們發(fā)明了多項核心技術(shù)，形成了基于形態(tài)學(xué)原理優(yōu)化飲用水處理工藝的新理論和新思路，并成功地將這一思路和工藝技術(shù)應用于多個(gè)大中型凈水廠(chǎng)，開(kāi)辟了凈水廠(chǎng)工藝效率提升的新途徑。
科學(xué)研究好比一間幽暗無(wú)比的黑室。在毫無(wú)規律和跡象的情況下，摸清研究對象的本質(zhì)，如同光束打開(kāi)真理的大門(mén)。這就是為什么有的科學(xué)家研究出的成果，在現實(shí)情況下卻解決不了問(wèn)題。實(shí)驗室的研究畢竟不等同于真實(shí)環(huán)境，在實(shí)驗室能成功的實(shí)驗經(jīng)受不住真實(shí)環(huán)境的檢驗。恰恰就是這樣的研究沒(méi)有摸清事物的本質(zhì)，在偶然的情況下能成功，在復雜環(huán)境狀況下就不一定能解決問(wèn)題了。
他說(shuō)，科學(xué)需要有一種不斷思考的獨立精神。由此在對待科學(xué)研究時(shí)，他始終懷有質(zhì)疑和批判的態(tài)度。
對于科學(xué)家而言，若在研究領(lǐng)域做出與眾不同的成果，必然要有創(chuàng )新精神。曲久輝說(shuō)：“不論我行還是走，思考成為我的一種習慣。我認為這是一種獨立人格的體現?！?BR> 他給記者舉例子。時(shí)常在一些學(xué)術(shù)交流會(huì )議上，他對國外水處理的先進(jìn)做法總是認真聆聽(tīng)。但是他反感的一個(gè)詞是“應該”！傳授先進(jìn)經(jīng)驗的人在交流結束時(shí)強調，我們中國也應該怎樣?！安皇菄獗蛔C明先進(jìn)的做法，我們就‘應該’去怎么做?？茖W(xué)需要反思，需要有批判主義精神。再先進(jìn)的做法也要結合實(shí)際情況?！?BR> 2008年秋季，河南商丘段大沙河發(fā)生嚴重的水體砷污染，污染水體涉及河流、運河、池塘等，污染范圍橫跨河南、安徽兩省以及商丘、周口和亳州三市，污染對沿岸居民的生產(chǎn)生活、特別是飲用水源的水質(zhì)安全構成嚴重威脅。
事件發(fā)生后，環(huán)境保護部迅速組織水處理的權威專(zhuān)家進(jìn)行商討。
開(kāi)會(huì )時(shí)，各個(gè)水處理的專(zhuān)家們提出了幾套方案。曲久輝的同事、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的楊敏也參與了會(huì )議。眼看著(zhù)就要定下方案，長(cháng)期跟隨曲久輝研究砷污染的楊敏著(zhù)急了。前幾個(gè)發(fā)言的專(zhuān)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。楊敏“騰”地站起來(lái)說(shuō)：“給我兩分鐘時(shí)間，讓我說(shuō)說(shuō)中科院會(huì )怎么做?！?BR> 短短兩分鐘，他只談了兩點(diǎn)，一是中科院關(guān)于砷污染的研究成果，二是結果會(huì )怎樣。會(huì )議*終決定，讓曲久輝院士和他的團隊挑起這個(gè)危機解決的重擔。
很快，曲院士及其團隊迎難而上。
那么，科學(xué)家如何解決環(huán)境突發(fā)事件呢？曲久輝帶領(lǐng)團隊做了三件事情。一是摸清現場(chǎng)狀況，包括基本數據，比如水流速，污染面積，水中砷濃度；二是制訂方案，他們找來(lái)幾個(gè)大水桶，就在事故地的邊上現場(chǎng)做實(shí)驗，把以往的砷污染處理經(jīng)驗加以靈活運用，然后提出了經(jīng)濟有效、安全可靠的工程方案；三是設計工藝，并現場(chǎng)參與指導工程實(shí)施。
治理結果非常成功。他們不僅消除了大沙河砷污染威脅，而且還成功治理了諸多被累及的池塘、溝渠、小河等砷污染水體。*重要的是，他們的技術(shù)方案和工程措施沒(méi)有給河流生態(tài)和沿岸環(huán)境造成任何不良影響。有專(zhuān)家驚嘆：“如此大規模的砷污染成功治理，在國內外還是第一次?！?BR> “對砷污染的治理研究來(lái)源于一次學(xué)生實(shí)驗的報告，我很快找到靈感，這也許能用于解決砷污染的問(wèn)題?！鼻幂x告訴記者說(shuō)。對于不了解砷污染治理的人來(lái)說(shuō)，砷污染的治理難度是超越人們想象的。全世界有無(wú)數科學(xué)家致力于攻克砷污染的難題，但是鮮有人邁過(guò)這道山峰。
難在哪里？
曲院士解釋道：砷在水中有兩種形態(tài)，一種是三價(jià)砷，一種是五價(jià)砷。在處理過(guò)程中，五價(jià)砷可以用吸附方法直接去除，但對三價(jià)砷必須先向水中投加氧化劑或通過(guò)其他氧化方式，將其氧化為五價(jià)形態(tài)才能被吸附去除。
有一次，學(xué)生在做一項關(guān)于吸附劑的實(shí)驗時(shí)，無(wú)意中發(fā)現磷的干擾特別大。在報告給曲久輝實(shí)驗中產(chǎn)生的問(wèn)題時(shí)，曲久輝腦子中的靈光忽然閃現，這個(gè)發(fā)現或許能解決困擾科學(xué)家許久的砷污染問(wèn)題。
再繼續深入地實(shí)驗下去，他們發(fā)現，一種可變價(jià)態(tài)的氧化物可以在其表面將三價(jià)砷迅速地轉化為五價(jià)形態(tài)，當這種氧化物與另一種高吸附砷的氧化物復合時(shí)，可實(shí)現對水中砷的一步去除。他們將實(shí)驗結果轉化為發(fā)明的新材料。難能可貴的是，這種新材料成本很低，但是消除砷污染效果非常好，多年來(lái)都無(wú)需更換。對于工程運用來(lái)說(shuō)，新材料成本低無(wú)疑對實(shí)踐是巨大的福音。正是由于科學(xué)家的不斷努力，才用*小的代價(jià)換得了*優(yōu)的成果。
曲久輝的觀(guān)察和思考并沒(méi)有就此停止。他又敏銳地意識到，對除砷原理和方法的發(fā)展有可能解決其他的水處理難題。通過(guò)潛心研究，他們發(fā)現，利用類(lèi)似的反應過(guò)程和具有豐富表面羥基表面的金屬氧化物，可以有效去除水中的氟。與砷去除不同的是，他們成功地解決了氟與處理材料高效絡(luò )合并從絡(luò )合態(tài)巧妙轉化為吸附態(tài)的原理和技術(shù)問(wèn)題。據此，曲久輝的研究團隊發(fā)明了除氟新材料、新工藝和全新反器，使氟污染水處理技術(shù)產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的突破。他們又進(jìn)一步將除砷除氟原理和方法融合，開(kāi)發(fā)出砷氟同時(shí)去除的凈水材料和技術(shù)系統。在認知—求證—實(shí)踐—反饋的創(chuàng )新過(guò)程中，曲久輝不斷攀升到一個(gè)又一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)起點(diǎn)。
他說(shuō)，我愿意毫不保留地把我的知識傳遞給需要的人們，只要他們覺(jué)得有用。
一本《水處理電化學(xué)原理與技術(shù)》是曲久輝院士嘔心瀝血的著(zhù)作。在這本書(shū)里，他把多年來(lái)自己的研究成果，用嚴謹而又易于理解的表達方式撰寫(xiě)出來(lái)?！斑@是一本電化學(xué)水處理專(zhuān)著(zhù)。有不少水處理企業(yè)借鑒了書(shū)中所述的原理和方法，解決了很多水處理難題?！鼻幂x語(yǔ)氣輕松道。
實(shí)際上，本已經(jīng)申請和獲得專(zhuān)利的多種研究成果，是應該要求技術(shù)使用回報的，但很多時(shí)候曲久輝并沒(méi)有這樣做。他認為，能讓更多的人從書(shū)里受到啟發(fā)，并能自覺(jué)地進(jìn)行環(huán)境治理絕對是一件功德無(wú)量的事情。
“我不保留我的研究成果，因為它們來(lái)自于國家的支持和納稅人的資助，成果應該服務(wù)于社會(huì )和人民。同時(shí)，環(huán)境保護是一項公益性事業(yè)，這也決定了我研究成果的公共服務(wù)屬性?！鼻幂x說(shuō)。根據這本書(shū)里提出的原理和技術(shù)方案，有的企業(yè)根據具體工程需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出實(shí)用水處理工藝和設施，在實(shí)際運行中他們發(fā)現了問(wèn)題后，也會(huì )把問(wèn)題反饋給曲久輝的研究團隊。
曲久輝認為：“企業(yè)在實(shí)踐中給我提出的問(wèn)題，恰恰是我在實(shí)驗室中無(wú)法發(fā)現的，更是已有科學(xué)文獻中沒(méi)有報道的，也是我們凝煉科學(xué)問(wèn)題的重要來(lái)源。因此，我非常愿意和企業(yè)討論他們遇到的技術(shù)難題，也愿意回答我所了解的知識?！?BR> 作為一名科學(xué)家，造福人民是他心中恒久的宗旨?！拔覀冊陉P(guān)注城市問(wèn)題的時(shí)候，*容易被遺忘的是那些貧困和偏僻的地區?！鼻菏扛锌f(wàn)千地介紹，有些地區還在使用著(zhù)劣質(zhì)的水源，甚至沒(méi)有任何處理設施，或由于找不到一種廉價(jià)和方便的水處理方法而飲用不合格的水，有很多人因此而致病甚至致殘。
“我曾經(jīng)在云南和山西的艱苦地區，看到一些農民由于砷中毒致使皮膚粘膜病變、角質(zhì)化或疣狀增生等，他們貧困而無(wú)助。我們曾經(jīng)與全球健康與教育基金會(huì )合作，為山西的一個(gè)村子捐贈建設了飲用水處理站，讓當地的農民喝上了潔凈的水。當水站啟動(dòng)運行時(shí)，他們敲鑼打鼓地歡迎我們，用*淳樸和真誠的方式感謝我們！”曲久輝始終關(guān)心農村飲水安全，特別關(guān)注農村飲用水的砷和氟污染問(wèn)題，這實(shí)際上也是世界范圍內普遍存在但尚未有效解決的重要水質(zhì)難題之一。
誰(shuí)能想到，理工科出身的他，曾經(jīng)到了迷戀文學(xué)甚至想報考新聞專(zhuān)業(yè)的地步?？伤f(shuō)：“我喜歡水，它無(wú)形而又有形，它溫柔而又暴力?！彼?終決定以研究水為終身己任，也是因為這是一種有益于人民群眾的事業(yè)。
“我沒(méi)有后悔放棄文科，因為我覺(jué)得科學(xué)是需要從不同角度去思考的?！笨v然與文科失之交臂，《論人類(lèi)不平等起源》、《社會(huì )契約論》、《愛(ài)彌兒》、《懺悔錄》等著(zhù)作，都給了曲久輝很大的啟發(fā)。后來(lái)，他又讀了狄德羅、伏爾泰等啟蒙思想家的作品。他認為：人是需要啟蒙的，尤其是一直處于混沌狀態(tài)的人。閱讀有關(guān)自然哲學(xué)書(shū)籍，深刻影響了他后來(lái)對科學(xué)研究的形態(tài)認識、邏輯設計和辯證思維。在一片汪洋書(shū)海中，他*喜歡的兩部文學(xué)作品，一是羅曼羅蘭的《約翰·克利斯朵夫》，一部是盧梭的《懺悔錄》。
研究水，熱愛(ài)水，水是曲久輝*衷愛(ài)的物質(zhì)。他賦予了水如此的浪漫：“水流淌著(zhù)悠久的歷史，傾其浩瀚情懷記載千古興衰、萬(wàn)世演進(jìn)的足跡；水蘊育著(zhù)燦爛的文化，在奔騰與小憩間融匯并創(chuàng )造了遠古至今的文明；水書(shū)寫(xiě)著(zhù)浪漫的詩(shī)篇，用豪邁、善美、深沉和無(wú)畏滋育了普世相依的生靈；水彈奏著(zhù)優(yōu)美的樂(lè )章，以變幻莫測之音演繹了經(jīng)天緯地的藝術(shù)?！?BR> “曾經(jīng)，我以為已經(jīng)爬過(guò)了幾座小山，現在才發(fā)現，前面的山一座高過(guò)一座?！边@是在2009年被評選為院士后，曲久輝發(fā)自?xún)刃牡乇磉_。如今，在水質(zhì)與水污染控制的理論和實(shí)踐的探索之路上，曲久輝又開(kāi)始向科學(xué)的高峰繼續攀登了。