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《科学中国人》报道我们团队——为了碧水蓝天的承诺
 

为了碧水蓝天的承诺

——记国家重点领域创新团队、南京大学李爱民教授团队 
本刊记者  胡 敬 

   “一条大河波浪宽,风吹稻花香两岸。”半个世纪前,一曲《我的祖国》唱得回旋婉转,荡气回肠。这条“大河”就是流域面积27万平方公里、流域人口1.7亿的中国第三大河——淮河。在中华腹地上,它默默流淌了上百万年,甘甜清冽的河水滋养了两岸祖祖辈辈的居民。 
   然而,到了上世纪90年代,曾有人问及居住在淮河边的孩子:“水是什么颜色?”答曰:“黑色。”这时的淮河,劣V类水比重超过50%。所谓劣V类水,即是“不可饮用,不可工业用,不可农业用”的水,科学地说,已不是“水”! 
   是什么使“碧水”变成了“黑水”?回顾历史,我们都清楚地记得,在此前的十多年里,中国大地经历了深刻的变革。1978年,淮河边的凤阳县小岗村18户农民开始“变法”,揭开了中国改革开放的大幕。村村办厂,镇镇冒烟。人们用最简单的工艺,加工淮河流域丰富的农副产品:纸浆造纸、皮革鞣制、粮食加工及酿造等等。仅仅十余年之后,整个淮河流域已是污水横流,民众苦不堪言。 
   污水之灾,远甚洪涝干旱、盐碱风沙。污水所过之处,鱼虾绝迹,草木不生,流域人民为此付出了惨痛的代价!此情此景绝非仅限于淮河流域。一时间内,长江告急!松花江告急!黄河告急!海河告急……一场“黑水”风暴席卷了经济正在崛起的中华大地。 
   保卫家园,守护环境,无数的儿女为母亲河受到的伤害流泪叹息,无数的志士为母亲河的再度变清辛劳奔波。水清不是梦,这是我们共同的心声,也是国家重点领域创新团队——李爱民教授团队多年来执著的坚守与追求。 

传承责任 
——治浊扬清为民生 

   2008年,“化工废水中难生物降解有机污染物的树脂吸附作用机制与技术”课题获得了该年度的国家杰出青年科学基金资助。2009年,该课题的负责人,南京大学环境学院李爱民又被评为教育部长江学者特聘教授,并于2010年享受国务院特殊津贴。2011年,李爱民教授率领的团队被评为教育部优秀创新团队,2012年又被评为科技部国家重点领域创新团队。当记者说起他在环境保护领域取得的成绩以及获得的一系列殊荣时,李爱民特别指出,首先要感谢自己的恩师——中国工程院院士、南京大学环境学院张全兴教授。 
   张全兴院士是我国著名的环境工程及高分子科学专家,从上世纪80年代末开始,他就以敏锐的眼光和过人的胆识将大孔树脂的研究及应用率先引入环境工程领域,全身心投入到环境问题的治理与改善中。经过数十年的研究积累,张院士自主研发并逐步完善了依托树脂吸附的高浓度有机废水治理与资源化技术,开创了“树脂吸附法处理有毒有机工业废水及资源化”的新领域,该技术不仅实现了高浓度有机废水的有效治理,还实现了废水中污染物的回收利用。这一创新成果在全国十余个省份、30多家企业得到很好应用,每年处理化工废水300万吨,从废水中回收化工原料约4万吨,价值2亿元左右,取得了显著的经济和社会效益。这让我们想起张全兴院士多年前的一个形象比喻:“为治理污染,原来企业往废水里扔钱,现在是要帮他们从废水里捞钱。” 
   李爱民介绍说,据不完全统计,目前在我国,仅化工、轻工、纺织等行业每年产生的废水就达上百亿吨,其中农药、染料、医药及中间体等生产废水因其浓度高、毒性大、色泽深、酸碱性强、含盐量高、难以生物降解而很难治理,也成为众多科学家孜孜求解的难题。张院士的研究成果对解决这一顽疾、推动国民经济可持续发展无疑具有开拓性的意义。正因如此,自2000年师从张全兴院士攻读博士学位起,李爱民就下定决心追随导师的脚步,沿着毒害有机污染物控制与资源化的方向坚定地走下去,贡献自己的智慧和力量。 
   2002年博士毕业后,李爱民继续在张全兴院士大团队从事高盐份废水中水溶性有机污染物治理与资源化技术研发及产业化。针对商品化的树脂吸附材料对水溶性有机污染物吸附容量小、吸附能力弱的缺陷,通过树脂功能化修饰,研发具有离子交换与吸附双重功能的新型复合功能树脂及高比表面积、高吸附容量酯基吸附材料,实现了水溶性有机污染物的资源化,研发的复合功能树脂及酯基树脂通过江苏南大环保科技有限公司实现了产业化,并被评为国家重点新产品,依托新型吸附材料,建立几十项水溶性有机污染物治理与资源化的示范工程,取得了较好的环境效益与经济效益。申报的“水溶性、难降解有机污染物治理与资源化新技术”项目获2007年国家技术发明二等奖。 
   “我没有专业,祖国的需要就是我的专业”,李爱民经常以钱伟长先生的名言告诫自己,教育学生。谈到自己的研究工作,他认为还远远达不到要求,“我的导师张全兴院士曾经教导过大家,科研工作者要牢记‘做人、做事、做学问’的准则,知识分子只有与社会经济同频共振,只有真正为国家、为人民办实事,自己的学问才能做得有价值。” 
   目前我国面临水资源短缺、水污染严重的双重压力,饮用水安全也受到严峻挑战,该问题已成为制约经济可持续发展的“瓶颈”;另一方面,我国废水的回用率又很低,单位GDP的用水量是国外发达国家的数倍、甚至近十倍。生物技术是目前废水最常用的技术,而经生物技术处理后的废水中含有大量微生物代谢及降解产物,制约了废水的回用,其高效经济的深度处理技术是废水回用的关键。而常规的处理方法,不仅投资大,而且处理成本高、操作复杂。针对这一制约水资源回用的热点、难题,2007年起,李爱民率领研究团队致力于废水的深度处理与回用技术研究,研发出系列磁性树脂及其流化床处理工艺,克服了传统树脂法处理水量小、处理成本高等缺点,突破树脂法在低浓度复杂体系废水处理应用中的“瓶颈”。目前,该技术已建立多套示范工程,成功应用于印染废水、城市污水的深度处理及饮用水的高效净化,处理效果及运行成本大大优于现有处理工艺。该项技术已被列入国家水体污染控制与治理重大专项的标志性成果,有望为解决我国水资源短缺、控制水污染、保障水安全提供重要技术支撑。 

立足国需 
——产学一体筑保障 

   高等学校是解决国民经济重大科技问题,实现技术转移、成果转化的主力军,是推动社会发展的重要力量。其服务社会功能的重要体现之一,就是走产学研用结合的道路。 
   为了搭建产学研用一体化平台,2002年起,李爱民协助张全兴院士建立了江苏南大戈德环保科技有限公司(现为江苏南大环保科技有限公司),曾兼任公司常务副总经理、副董事长、董事长;2004年组建了江苏省有机毒物污染控制与资源化工程技术中心;2008年组建了国家环境保护有机化工废水治理与资源化工程技术中心;2009年又组建了国家有机毒物污染控制与资源化工程技术中心;2005—2010年还担任污染控制与资源化研究国家重点实验室(南京大学部分)主任,2014年起担任国家有机毒物污染控制与资源化工程技术研究中心主任。 
   2010年8月,为了更好地在沿海开发过程中实施环境保护,推动淮河流域水处理技术的产业化,促进政产学研合力治污,由李爱民担任院长的南京大学盐城环保技术与工程研究院成立。它是南京大学在江苏沿海地区及淮河流域的环保科技成果转化、科技创新创业的战略基地,也是国家水体污染控制与治理重大专项在淮河流域的重要产业化基地。目前,研究院已列为2011年江苏省重大科技载体建设项目。为了加强与其他科研院所的合作,推进协同创新,2012年与中电环保等单位合作成立了国家淮河流域再生水利用与风险控制产业技术创新联盟;2014年又与中科院生态环境研究中心等单位成立了国家重大水专项有机化工废水治理与资源化产业技术创新联盟。 
   “江苏沿海开发已被列为国家战略,经济快速发展带来的是环境高风险,这就给沿海的环保工作带来了巨大的挑战。”谈到为什么要在盐城设立环保技术与工程研究院,李爱民说:“盐城有太平洋西岸最大的湿地,有东方湿地之都之称,有江苏面积最大、全国特色鲜明的滩涂,是丹顶鹤等珍禽的天然越冬地和糜鹿的自然保护区,保护好这方水土是全国人民交给盐城的重托;盐城处于沿江开发与沿海开发的交汇处,又是淮河的入海口,这里精细化工产业密集,污染事故不断发生,近海海洋污染严重,赤潮频发,迫切需要环保技术的支撑;盐城环保产业园区,是江苏省规划的六大环保集聚区之一,也是国家规划面积最大的环保产业集聚区,又是淮河流域唯一的环保技术产业化集聚区;盐城地处淮河流域末端,饮用水不仅受到上游的污染,还受到季节性农业面源及突发事故的污染,饮用水安全受到严重的威胁。希望我们能利用这一契机,充分发挥研究院平台的功能,帮助地方政府在发展经济的同时,保障环境效益的共同进步。” 
   为了实现这一理想,在研究院成立之初,李爱民就为其长远发展设立了三个总体目标:一是支撑区域和流域经济与环保的协调发展;二是开展技术研发、成果转化和项目产业化,发展新型产业;三是开发饮用水源水高效净化技术,保障饮用水的安全。保障区域经济的可持续发展是研究院成长的源动力,也是研究院工作开展的基本宗旨。建院以来,研究院本着“源于地方,服务地方”的技术研发思路,与地方园区及企业合作共建,认真查找问题,致力于解决他们最迫切需要解决的难题。四年多时间里,为200余家企业提供了专业化服务,解决了不少企业长期存在的“顽疾”,形成了非常良好的发展氛围。 
   为了更好地将研究院研发的技术进行推广,李爱民倡导大力推进产业化进程。目前,研究院与滨海县人民政府及相关企业联合建成了“环境功能材料研究中心”;与盐城亭湖区人民政府共建了“环保产业技术研究中心”;与大丰市人民政府共建了“饮用水安全保障技术研究中心”,申请的“基于聚合物吸附剂吸附的饮用水优质高效净化原理与技术”也得到国家自然科学基金委重点基金的支持。目前,已在大丰市自来水厂建成了以磁性树脂吸附为核心的饮用水高效净化工程,填补了国内空白,打破了发达国家的垄断,有非常广阔的推广前景。 
   李爱民率领的团队受到盐城市政府的重奖,中共盐城市委朱克江书记高度赞扬了该团队,认为南京大学团队是真干、实干,干出了成效,其运行机制成为其他科研院所的表率。对研究院的未来,李爱民充满了信心,他坚信,有了整个团队的凝心聚力,一定能使研究院形成专业化、层次性、立体感的环保科技服务网络体系,更好地服务于苏北沿海地区及淮河流域,乃至更广泛地区,更好地成为淮河流域下游及通榆河“清水走廊”的环境质量和生态安全的保障。 

突发应急 
——临危受命担重任 

   2009年2月20日,由于上游一家化工厂向河道偷排污水,盐城市两大自来水公司的水源受到了严重污染,从而导致市区大面积断水,数十万市民饮水受到影响。受相关部门的委托,李爱民临危受命,第一时间率队前往盐城,开展对污染水体的处理工作。 
   此次污染物主要是对氯苯酚,毒性很大、水溶性低,大部分吸附在底泥中。被拦截在河道里的水量高达7万多立方米,受污染的底泥大约5000立方米。“如果不在5月份主汛期到来之前完成污染的无害化处理,拦截在小河里受污染的河水以及吸附在底泥的污染物就可能被冲刷到下游区域,造成更大面积的污染。”时间紧、要求高、处理难度大,李爱民感到了任务的紧迫。 
   类似的案例在国内也有过,不过成功的并不多。李爱民提出了基本思路:把被污染的水域分隔成多个单元格,然后利用污染的河道作为反应器,通过物理吸附和化学氧化对污水进行处理,处理后水质主要指标达到地表水三类水质后,再利用水生植物对水体进行进一步净化;而底层的污泥,则需要视污染程度对河道进行清淤,将挖出的污泥就地进行无害化处理,尽可能地防止污泥在运输过程中造成二次污染。这个解决方案在经过反复论证后,在技术上和经济上都是比较可行的,被国家环保部及江苏省环保厅现场指挥部采纳,由此成功地完成了盐城水源污染的治理。 
   同年7月,耗资一千余万元的含砷突发事故治理工程刚结束不到3个月,山东临沂一企业再次非法排污,造成下游江苏邳州境内邳苍分洪道、武河、沙沟河、城河等多条河道水质砷超标,严重影响流域内50万群众生命健康和生产安全。李爱民再次挺身而出,提出“以污染河道为反应器,以闸坝调节河流水力动力,以铁盐沉淀法原位处理含砷水体的方法”。徐州市人民政府采纳了这一方法,并委托李爱民教授担任技术负责人,1000多万立方污染水体得到有效治理。 
   2010年2月6日,徐州矿业集团下属旗山矿发生透水灾害,由于在抢险救灾过程中排出的矿井水中含有高浓度的锰和铁,导致周边主要河道中铁锰浓度超出地表水质标准近200倍,受污染河水总量近800万立方,不仅严重影响周围30万群众的生活和生产,还直接威胁大运河这一重要饮用水源地的安全。李爱民提出的“基于河道为反应器的中和—氧化法”治理方案,得到了江苏省环保厅、徐州市政府的高度认可,并受委托负责此次重大水污染突发事故的应急处置指导工作。在李教授的指导下,这次污染事故得到有效治理,解除了高浓度铁锰对骆马湖饮用水源的威胁。 
   长期以来,国家对各类污染控制很严,大批学者、技术专家投入了大量精力,常规的废水治理技术都已相对较为成熟。但环境污染事故则不一样,如果没有很好的应急处理系统,污染物一旦进入流动的河道,不仅处置很困难,费用也很高,上述数起事件就是典型的例子,所以应在风险防范、应急及预警措施上下功夫。而应急能力不仅仅表现在对单一事件的反应和处理能力,也表现为对同一类型事件的预防和处理上,因为一旦发生事故,其生态恢复不是一个短期的过程,而是需要漫长的时间。 
   因此,除了做好应急准备外,更重要的必须在源头上牢牢把控。在国家鼓励企业向园区集中和关停小化工企业的形势下,解决大型化工基地和化工园区综合污染问题的重要性也日益增加,而这个问题一直是我国环保科技界最为核心的难题之一。谈到这里,李爱民教授深有感触地说:“由于国内的化工园区早年在规划的时候,未能充分考虑到环境保护和风险防范的要求,加上管理、技术和监督等方面的疏漏,使得近年来这种突发性环境污染事件的发生频率有所上升。而事故一旦发生,处理成本往往是非常巨大的。” 
   这也使得他们时刻在考量一个课题:如何让化工产业的发展与环境保护保持一种协调、和谐的关系。针对苏北沿海化工园区快速发展以及对近海海洋及当地环境造成的影响,一段时间,群众上访不断,此事受到党和国家领导人以及人大常委会办公厅、国务院办公厅的高度关注。

   2007年,李爱民受江苏省环保厅委托,担任江苏省化工园区污染整治高校协作组组长,为苏北化工园区整治提供技术支撑。李爱民团队开发的系列物化—生化集成控制技术,在多个化工园区得到应用,每年7300万吨有毒有机化工废水得到有效治理。李爱民教授建立的南京大学盐城环保技术与工程研究院被江苏省环保厅确定为首批水处理应急支撑单位。 

重大专项 
——只为淮河清如许 

   2009年3月,新中国成立以来环保领域最大的科研项目——水体污染控制与治理科技重大专项(下面简称“水专项”)正式启动。这是国务院制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》确定的16个重大专项之一。而淮河作为国家从“九五”开始就重点治理的“三河三湖”之首,自然也是水专项的重点关注对象之一。 
   “欲治淮河,必先治贾鲁河”。贾鲁河的特殊在于天然径流缺乏,河道补给水源中80%都来自郑州及下辖区、县的排放污水。这样一来,尽管面积只有淮河的1/49,却负担了淮河流域1/9的污染量,成为制约淮河流域水质整体改善的重大瓶颈。“治理贾鲁河是对郑州市环境执政能力的考验。贾鲁河治理好后,郑州市就解决了治淮的一块‘心病’。”2007年,环境保护部原部长周生贤视察淮河时说。 
   “十一五”重大水专项“贾鲁河流域废水治理与回用关键技术研究与示范”项目就是为了治疗这块“心病”设立的,领头人又是李爱民。即使有过丰富的治水经验,贾鲁河依然是李爱民要面对的一个难题,准确说,此类基流匮乏型重污染黑臭河流治理是世界性难题,而我国也没有成功经验可以借鉴。为了找准“药方”,李爱民和团队几经调研,最终提出了“三三三”的治理模式。 
   该模式通过工业与工业园区废水处理与资源化能源化利用,形成“点、面、线”的“三级控制”;并以“行业间接排放标准、区域排污标准、流域排污标准”的“三级标准”为管控手段,形成“点、面、线、管”控制技术体系,使工业废水和城市污水逐级净化处理与资源化能源化利用;通过构建“工业园区(企业)内部废水循环利用—区域污水再生利用—流域水资源生态利用”的水资源“三级循环”再生利用技术体系,实现废水资源最大限度的再生利用,以维持河流的基本生态流量,保障河流水体达到水生态功能区划的水质目标。 
   为了将“三三三”模式落到实处,李爱民和团队经过5年的努力,在控源减排上突破了13项关键技术,申请国家发明专利34项(其中PCT国际专利3项),获得授权11项。其中,以磁性树脂吸附为核心的再生水回用技术打破了国外对我国的垄断,以效率高、能耗低、抗冲击负荷能力强等优势跃居国际先进行列。此外,他们还完成了2项废水排放标准的制定,建立了5项废水深度处理与回用工程示范,处理水量20万吨/天,回用水达2000万吨/年。以贾鲁河陈桥断面为例,COD从2009年51mg/L降至2011年的45mg/L,氨氮从2009年8.8mg/L降至2011年5.9mg/L,水质持续显著改善。以贾鲁河研究成果为基础,相关技术在淮河流域近200余家企业得到推广,支撑了淮河流域水质的持续改善。 
   当贾鲁河两岸的人们为了摘掉“黑臭河流”的帽子而兴奋,当水清岸绿、鸟鸣鱼戏从他们的记忆中重新回到现实,李爱民已经又为了“十二五”淮河水专项忙碌了。 
   2015年4月,国务院用“水十条”向水污染宣战。治水,注定是一条持之以恒、全力以赴的道路。李爱民也清楚地知道淮河治理只是走出了一小步,他们将发扬“三三三”精神,坚持“三用(用情、用心、用力)”“三心(良心,民心、信心)”和“三立(立德、立公、立业)”,为贾鲁河以及整个淮河流域水质的改善继续奋斗。 

创新团队 
——求实奉献谋发展  

   2012年,李爱民教授作为带头人的团队获准为国家重点领域创新团队。这一荣誉的得来,凝聚了团队成员多年的心血与付出,显示了团队不断向上、勇攀高峰的勇气,见证了团队及每一个成员所获得的成绩与奖励。 
   作为张全兴院士大团队的重要组成部分,十余年来,李爱民率领团队以国家重大需求为研究方向,一直坚持从事毒害有机污染物控制与资源化这一对经济增长、社会进步和国家安全有重要战略意义的前瞻性研究,团队现有教师、研究生及员工近200名。 
   在循环经济的呼声下,李爱民团队也坚持可持续发展的理念,开展应用基础研究与关键共性技术攻关。他们要做的事情很多:流域节能减排与水质改善,区域环境污染控制与饮用水安全保障,典型工业行业废水治理与资源化……
   近年来,团队主持了“十一五”与“十二五”国家水体污染控制与治理科技重大专项项目及课题、国家杰出青年科学基金、国家自然科学重点基金、“863”课题等国家级科技项目30余项,并承担江苏省重大成果转化基金、江苏省产学研联合创新基金、攀登计划等部省级科技项目20多项;获国家技术发明奖2等奖1项,省部级科技进步1等奖3项;发表SCI研究论文200余篇,申请国家发明专利100余项。 
   在他们心里,科研从来都不是孤立的存在。为了构建起高水平的“政产学研用”平台,他们依托“污染控制与资源化研究国家重点实验室”“国家有机毒物污染控制与资源工程技术研究中心”“南京大学盐城环保技术与工程研究院”“南京环保产业创新中心”“国家淮河流域再生水利用与风险控制产业技术战略联盟”“环保部有机化工废水治理与资源化产业技术创新联盟”,将基础研究、技术孵化和成果推广有机整合在一起,形成了一个完整的科技创新体系。近年来,为200余家企业提供了专业化服务,年处理废水超亿吨,年回收化工原料超亿元。 
   2014年,李爱民入选国家首批“万人计划”科技领军人才,而他更注重的还是团队的发展。“环境科学是一门多学科交叉的应用科学,我们一定要走出象牙塔,一定要关注国家的需要,要将自己的研究与国家的需求结合起来。同样对学生我们也是这么要求的,全方位培养他们在环境领域的工作热情和能力,甘愿为我国环境的改善默默无闻地工作。” 
   责任、求实与奉献——在实验室,在污染事故现场,在祖国的大江大河两岸,这都是李爱民团队的追求。他们所做的一切,都是为了“治浊扬清”的梦想,为了碧水蓝天的承诺。 

美好祈愿 
——长天淮水鹜争飞 

   晚霞辉映、柳绿沙明、群鹜争飞、天水连碧。是的,这是淮河风光。还在革命战争年代,陈毅元帅就饱含深情地为淮河写下了诗篇,给我们留下了无限的遐想。 
   1943年春,时任新四军军长的陈毅率领部队向淮南根据地转移,到达洪泽湖南岸盱眙县黄花塘,在饱览了淮河两岸的美丽风光之后,以大无畏的革命乐观主义精神挥毫写就《淮河晚眺》一诗,现将其录于文末,作为本文之收束,以表达我们祈望尽快再现淮河两岸碧水蓝天的美好愿望,并向以李爱民教授科研团队为代表的为淮河治污工程、为保护我们赖以生存的环境而孜孜以求的科研工作者们致敬! 
   淮河晚眺 
   柳岸沙明对夕晖, 
   长天淮水鹜争飞。 
   云山入眼碧空尽, 
   我欲骑鲸跋浪归。

 
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