曲久輝：農(nóng)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(jù)中國(guó)環(huán)境網(wǎng)2012年5月16日訊 科學(xué)家的內(nèi)心，好象特別難以走近。后天養(yǎng)成的嚴(yán)謹(jǐn)和審慎，使得他們的性格變得平實(shí)又堅(jiān)韌。如同一扇巨大的門(mén)，巍峨聳立，擁有恰到好處的威嚴(yán)。篤信科學(xué)本身不應(yīng)值得渲染的曲久輝，與之探討他實(shí)踐科學(xué)的規(guī)律，遠(yuǎn)比探討他做了什么更有意義。
采訪他之前，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(dāng)年輕的年紀(jì)就當(dāng)選為中國(guó)工程院院士，那時(shí)他52歲。二是，他是為數(shù)不多沒(méi)有留學(xué)經(jīng)歷的土生土長(zhǎng)的中國(guó)科學(xué)家。
他說(shuō)，從認(rèn)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(rèn)識(shí)自然以及人類脅迫導(dǎo)致的自然變化中，找到一條解決問(wèn)題的基本規(guī)律。
采訪曲久輝，他和記者首先談起的，不是自己做的研究?jī)?nèi)容，而是哲學(xué)。“哲學(xué)指導(dǎo)科學(xué)。”他的鏡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(fù)雜體系的學(xué)問(wèn)。它直接面對(duì)的是解決實(shí)際問(wèn)題，它要求科學(xué)家必須要在認(rèn)識(shí)自然以及人類脅迫導(dǎo)致的自然變化中，找到一條解決問(wèn)題的基本規(guī)律。
環(huán)境科學(xué)難，難在缺乏一個(gè)普遍規(guī)律。這是因?yàn)椋跉v史長(zhǎng)河里，人類積淀了對(duì)化學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的豐富知識(shí)，建立了無(wú)數(shù)個(gè)原理、定理、定律等基本科學(xué)規(guī)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(guī)律太難了。
“實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—再實(shí)踐—再認(rèn)識(shí)：在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題，用科學(xué)發(fā)現(xiàn)支撐技術(shù)創(chuàng)新和工程應(yīng)用。”曲久輝用這句話回答了自己如何用哲學(xué)來(lái)指導(dǎo)自己的研究。
“舉一個(gè)例子，我的研究始終圍繞著實(shí)踐和認(rèn)知的關(guān)系。比如水處理技術(shù)，針對(duì)某個(gè)需要治理的實(shí)際污染問(wèn)題，我們首先要認(rèn)識(shí)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(dāng)?shù)墓に嚕?后付諸于工程運(yùn)用。工程運(yùn)用也不是*終的完結(jié)，其結(jié)果不僅可以檢驗(yàn)認(rèn)識(shí)的正確與否，還要在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)問(wèn)題，并如此往復(fù)。這不恰好是一種認(rèn)知和實(shí)踐關(guān)系的完美體現(xiàn)嗎？”
中國(guó)乃至世界上很多水廠都面臨一個(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(dá)標(biāo)，又能*大限度地控制有毒副產(chǎn)物的生成風(fēng)險(xiǎn)？
曲久輝和其研究團(tuán)隊(duì)采用的就是以認(rèn)知指導(dǎo)實(shí)踐的思路。例如，在他們解決此類問(wèn)題的多種路徑中，有一種是采用強(qiáng)化絮凝吸附的方法。首先，他們將特定原水中的天然有機(jī)物進(jìn)行形態(tài)分類，同時(shí)將鋁鹽絮凝劑的多種形態(tài)與有機(jī)物的不同形態(tài)進(jìn)行反應(yīng)，從而確定了絮凝劑與目標(biāo)有機(jī)物之間的形態(tài)匹配關(guān)系，揭示了消毒副產(chǎn)物優(yōu)勢(shì)前驅(qū)體去除的分子機(jī)理，研制出具有watechliuhede作用效果的復(fù)合凈水藥劑，建立了以過(guò)程認(rèn)知為基礎(chǔ)的高效水處理新工藝。
在此過(guò)程中，他們發(fā)明了多項(xiàng)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(yīng)用于多個(gè)大中型凈水廠，開(kāi)辟了凈水廠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(guī)律和跡象的情況下，摸清研究對(duì)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(xiàn)實(shí)情況下卻解決不了問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)室的研究畢竟不等同于真實(shí)環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)室能成功的實(shí)驗(yàn)經(jīng)受不住真實(shí)環(huán)境的檢驗(yàn)。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(fù)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(dú)立精神。由此在對(duì)待科學(xué)研究時(shí)，他始終懷有質(zhì)疑和批判的態(tài)度。
對(duì)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(xí)慣。我認(rèn)為這是一種獨(dú)立人格的體現(xiàn)。”
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(duì)國(guó)外水處理的先進(jìn)做法總是認(rèn)真聆聽(tīng)。但是他反感的一個(gè)詞是“應(yīng)該”！傳授先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的人在交流結(jié)束時(shí)強(qiáng)調(diào)，我們中國(guó)也應(yīng)該怎樣。“不是國(guó)外被證明先進(jìn)的做法，我們就‘應(yīng)該’去怎么做。科學(xué)需要反思，需要有批判主義精神。再先進(jìn)的做法也要結(jié)合實(shí)際情況。”
2008年秋季，河南商丘段大沙河發(fā)生嚴(yán)重的水體砷污染，污染水體涉及河流、運(yùn)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(duì)沿岸居民的生產(chǎn)生活、特別是飲用水源的水質(zhì)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
事件發(fā)生后，環(huán)境保護(hù)部迅速組織水處理的權(quán)威專家進(jìn)行商討。
開(kāi)會(huì)時(shí)，各個(gè)水處理的專家們提出了幾套方案。曲久輝的同事、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的楊敏也參與了會(huì)議。眼看著就要定下方案，長(zhǎng)期跟隨曲久輝研究砷污染的楊敏著急了。前幾個(gè)發(fā)言的專家，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。”
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(jié)果會(huì)怎樣。會(huì)議*終決定，讓曲久輝院士和他的團(tuán)隊(duì)挑起這個(gè)危機(jī)解決的重?fù)?dān)。
很快，曲院士及其團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)做了三件事情。一是摸清現(xiàn)場(chǎng)狀況，包括基本數(shù)據(jù)，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(xiàn)場(chǎng)做實(shí)驗(yàn)，把以往的砷污染處理經(jīng)驗(yàn)加以靈活運(yùn)用，然后提出了經(jīng)濟(jì)有效、安全可靠的工程方案；三是設(shè)計(jì)工藝，并現(xiàn)場(chǎng)參與指導(dǎo)工程實(shí)施。
治理結(jié)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。有專家驚嘆：“如此大規(guī)模的砷污染成功治理，在國(guó)內(nèi)外還是第一次。”
“對(duì)砷污染的治理研究來(lái)源于一次學(xué)生實(shí)驗(yàn)的報(bào)告，我很快找到靈感，這也許能用于解決砷污染的問(wèn)題。”曲久輝告訴記者說(shuō)。對(duì)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(shù)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(duì)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(xiàng)關(guān)于吸附劑的實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)意中發(fā)現(xiàn)磷的干擾特別大。在報(bào)告給曲久輝實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的問(wèn)題時(shí)，曲久輝腦子中的靈光忽然閃現(xiàn)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)或許能解決困擾科學(xué)家許久的砷污染問(wèn)題。
再繼續(xù)深入地實(shí)驗(yàn)下去，他們發(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)化為五價(jià)形態(tài)，當(dāng)這種氧化物與另一種高吸附砷的氧化物復(fù)合時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水中砷的一步去除。他們將實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)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(duì)于工程運(yùn)用來(lái)說(shuō)，新材料成本低無(wú)疑對(duì)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。
曲久輝的觀察和思考并沒(méi)有就此停止。他又敏銳地意識(shí)到，對(duì)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(xiàn)，利用類似的反應(yīng)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(zhuǎn)化為吸附態(tài)的原理和技術(shù)問(wèn)題。據(jù)此，曲久輝的研究團(tuán)隊(duì)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(tǒng)。在認(rèn)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(shí)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作。在這本書(shū)里，他把多年來(lái)自己的研究成果，用嚴(yán)謹(jǐn)而又易于理解的表達(dá)方式撰寫(xiě)出來(lái)。“這是一本電化學(xué)水處理專著。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。”曲久輝語(yǔ)氣輕松道。
實(shí)際上，本已經(jīng)申請(qǐng)和獲得專利的多種研究成果，是應(yīng)該要求技術(shù)使用回報(bào)的，但很多時(shí)候曲久輝并沒(méi)有這樣做。他認(rèn)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(duì)是一件功德無(wú)量的事情。
“我不保留我的研究成果，因?yàn)樗鼈儊?lái)自于國(guó)家的支持和納稅人的資助，成果應(yīng)該服務(wù)于社會(huì)和人民。同時(shí)，環(huán)境保護(hù)是一項(xiàng)公益性事業(yè)，這也決定了我研究成果的公共服務(wù)屬性。”曲久輝說(shuō)。根據(jù)這本書(shū)里提出的原理和技術(shù)方案，有的企業(yè)根據(jù)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(shè)施，在實(shí)際運(yùn)行中他們發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題后，也會(huì)把問(wèn)題反饋給曲久輝的研究團(tuán)隊(duì)。
曲久輝認(rèn)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(yàn)室中無(wú)法發(fā)現(xiàn)的，更是已有科學(xué)文獻(xiàn)中沒(méi)有報(bào)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(shí)。”
作為一名科學(xué)家，造福人民是他心中恒久的宗旨。“我們?cè)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(qū)。”曲院士感慨萬(wàn)千地介紹，有些地區(qū)還在使用著劣質(zhì)的水源，甚至沒(méi)有任何處理設(shè)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(qū)，看到一些農(nóng)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?cè)?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(zèng)建設(shè)了飲用水處理站，讓當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民喝上了潔凈的水。當(dāng)水站啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，他們敲鑼打鼓地歡迎我們，用*淳樸和真誠(chéng)的方式感謝我們！”曲久輝始終關(guān)心農(nóng)村飲水安全，特別關(guān)注農(nóng)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(nèi)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(bào)考新聞專業(yè)的地步。可他說(shuō)：“我喜歡水，它無(wú)形而又有形，它溫柔而又暴力。”他*終決定以研究水為終身己任，也是因?yàn)檫@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?yàn)槲矣X(jué)得科學(xué)是需要從不同角度去思考的。”縱然與文科失之交臂，《論人類不平等起源》、《社會(huì)契約論》、《愛(ài)彌兒》、《懺悔錄》等著作，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(rèn)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(duì)科學(xué)研究的形態(tài)認(rèn)識(shí)、邏輯設(shè)計(jì)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(yùn)育著燦爛的文化，在奔騰與小憩間融匯并創(chuàng)造了遠(yuǎn)古至今的文明；水書(shū)寫(xiě)著浪漫的詩(shī)篇，用豪邁、善美、深沉和無(wú)畏滋育了普世相依的生靈；水彈奏著優(yōu)美的樂(lè)章，以變幻莫測(cè)之音演繹了經(jīng)天緯地的藝術(shù)。”
“曾經(jīng)，我以為已經(jīng)爬過(guò)了幾座小山，現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)，前面的山一座高過(guò)一座。”這是在2009年被評(píng)選為院士后，曲久輝發(fā)自內(nèi)心地表達(dá)。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(xù)攀登了。