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曲久辉院士的治水经:“知水”不仅了解水更会处理水
《经济日报》记者 黄鑫 / 时间:2017-09-06 10:11:32

  据中国经济网2017年8月21日讯 与很多知识分子一样,曲久辉的办公室里也少不了一样东西,那就是书。两排书架,摆得满满当当,甚至用来午休的沙发上也是书。只不过,《水回用问题》《饮用水安全保障技术原理》《再生水水质安全评价》这些专业书籍还是透露着它们主人的与众不同。“我没有什么爱好,就喜欢看书。”中国工程院院士、环境工程专家曲久辉温厚地笑着,儒雅的面孔带着浓浓的书卷气。

 曲久辉院士的治水经:“知水”不仅了解水更会处理水


  “知水”是曲久辉的微信昵称。人如其名,他与水已经打了30多年的交道。“知水”不仅了解水更会处理水。从饮用水安全保障到电化学水处理再到水质复合污染控制,曲久辉一直致力于解决水质净化的实际问题,按他的话说就是“要还人们一片碧水”。
  但是,对水质问题的认知永无止境。“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。”曲久辉如是说。显然,曲久辉还将在水质科学与技术的探寻之路上求精索道、不断攀登。
  与水结缘
  1975年,曲久辉高中毕业,那时高考已停考数年,但曲久辉并未放弃上大学的梦想,一边工作一边学习。机遇总是垂青有准备的人,两年后,普通高等学校招生考试制度恢复了。曲久辉毫不犹豫地报了名,并顺利通过了考试,成为了我国恢复高考制度后的第一批大学生。
  报考什么专业?这让当时的曲久辉纠结了许久。“我差点就选择了新闻,和你做了同行。”曲久辉向记者回忆说。
  曲久辉的父亲希望他学文科,父亲认为文科意味着文化,文化就是文字和文学。而高中化学老师却力劝曲久辉选择理科,认为学理才能学到科学。就在曲久辉为专业选择而犹豫不决的时候,他在报纸上看到一篇关于吉林大学唐敖庆教授在研究分子轨道理论方面获得重大进展的报道。曲久辉深受触动,于是将吉林大学化学系作为了自己高考的第一志愿。
  1978年2月8日,曲久辉从父亲激动到有些颤抖的手中接过了吉林大学的录取通知书,专业是分析化学。曲久辉的第一次专业选择,为他后来从事环境科学与技术研究奠定了学科基础。
  1982年,曲久辉大学毕业后被分配到哈尔滨建筑工程学院(后合并入哈尔滨工业大学)化学教研室任教。任教期间,他对给水排水专业及其与化学的关系有了初步了解。通过阅读环境科学方面的书籍,曲久辉意识到利用化学知识从事水处理专业的优势,并逐渐喜欢上了水处理这一领域。
  在哈尔滨建筑工程学院,曲久辉认识了我国著名的水处理专家李圭白教授,并选修了李教授主讲的“给水处理”专业课。越是深入接触和了解,曲久辉越是被水质变化的奇妙和复杂所吸引。任教4年后,他报考了本校给水排水专业的研究生,成为了李圭白教授的学生。此后,他又继续完成了博士和博士后的学习。
  1992年,曲久辉博士后出站后,来到中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室工作。这是曲久辉的第二次专业选择,这次选择成为了他的终身职业,也成就了他倾力投入的事业。
  坚信实践出真知
  在重视甚至攀比发表文章的学术界,曲久辉更强调把自己的研究与实践应用密切结合。早在20多年前,曲久辉就为自己制定了一个至今仍在践行的学术发展规划。“我一直坚信实践出真知,坚持问题导向,要从实践中发现新现象和新规律,不断获得理论或原理的认知和创新。然后再将其反馈到解决问题的实践中去,文章只是这一过程中的副产物。”谈到这些,曲久辉的眼中射出坚定而又质朴的光芒。
  基于此,曲久辉发表的大多数文章都具有很强的实践背景和应用潜力。与其他学习吸收国外先进技术再创新的路径不同,曲久辉的理论研究成果往往是从问题中来,最终又回到解决问题当中去。
  饮用水的砷、氟污染会导致多种相关疾病暴发,是世界范围内亟待解决的大问题。据不完全统计,我国目前至少有8000万人饮用砷、氟超标的水。砷在水中有三价和五价两种离子形态,已有的方法只能一步去除五价砷,而三价砷必须先被氧化为五价再去除。因而国内外都缺乏适用的解决方法。此外,传统的除氟吸附材料,其表面吸附氟的活性位点在处理过程中会迅速消失。
  经过长期研究和实践,曲久辉发现,在氧化锰和羟基铁等复合金属氧化物表面,水中的三价砷能被迅速氧化成五价,从而和原有的五价砷一起去除。于是他研制出了以铁锰氧化物为主体的复合除砷吸附剂,发明了依据砷形态调控组分配比、吸附剂原位包覆再生、活性位点在线组装等关键技术,取得了水中三价砷和五价砷一步法去除的技术突破。在此基础上,他又提出了以铝聚合物与氟络合为核心过程的除氟新原理,进一步将铁、锰、铝等复合氧化物进行结构功能优化和技术开发,建立了饮用水砷、氟同时去除的新工艺。
  此后,曲久辉进一步将饮用水除砷方法应用到砷污染水体和高含砷污水的治理上,发明了在线制备和利用新生态复合氧化物除砷的新技术,解决了复杂水环境中三价砷转化、共存污染物影响和两种价态砷协同转移转化等技术难题。他还主持创建了河流、湖库等水体砷污染治理及高含砷污水处理的技术系统,并成功应用在河南大沙河水系高浓度砷污染治理工程中,开创了高浓度砷污染河流大规模应急治理的工程化先例。
  饮用水除砷的例子印证了曲久辉长期以来的学术理念,即从实际需求出发,发现科学问题,认知并突破关键技术,再将所获得的科学原理和技术发明运用于工程实践中去,实现了基础研究、技术创新、工程应用三位一体的完美结合。
  饮用水除砷技术的成功应用,受到国内外同行高度关注。“在饮用水除砷技术领域,美国等发达国家一直投入很多。但现在,我们的技术效果更好,已经是全球最先进的技术,并通过‘一带一路’建设向孟加拉国等国家推广。”曲久辉自信满满地说。
  把“负资产”变为“正资产”
  曲久辉的办公室没有放饮水机或矿泉水。曲久辉介绍说:“我就喝自来水。我们环境技术楼的高品质饮水净化系统是我们自己研制的,这也是2001年北京成功申办奥运会后的专项课题。”
  2002年,曲久辉受科技部委托承担了“奥运村及示范小区优质饮用水净化示范研究”项目。他带领研究团队,有针对性地开发出高效产生羟基自由基的催化氧化、功能性吸附和安全消毒等核心技术,创建了具有净化-消毒-送配三级水质安全保障功能的饮用水末端风险控制技术和设备系统,解决了低浓度污染物去除和转化、水质循环稳定、产水率低等关键问题。曲久辉团队的研究成果在2008年北京奥运会饮用水水质安全保障中发挥了重要作用。他还因此获得了“科技奥运先进个人”称号。基于水质末端风险控制的原理和方法,曲久辉团队开发出系列净水技术和批量生产出的设备与装置,彻底解决了我国驻外艰苦地区63个使领馆的饮用水水质问题。

从技术本身看,治理水污染是一个系统工程。因为很多情况下,环境污染是多介质的交互作用,水、气、土壤之间相互影响,各种环境要素之间的关系要综合考虑。


  “从技术本身看,治理水污染是一个系统工程。因为很多情况下,环境污染是多介质的交互作用,水、气、土壤之间相互影响,各种环境要素之间的关系要综合考虑。”曲久辉举例说,比如氨从畜禽养殖场排放到土壤和水体,也会挥发到空气中促进雾霾形成,具有典型的污染物多介质传输特征。那么治理的过程也应该从水污染的复合性和非线性特征出发,构建并实施系统和综合治理、污染物资源化和能源化的新模式。
  秉持着这一理念,2014年1月,曲久辉与其他5位专家共同提出建设面向未来的中国污水处理概念厂。中国专家的大胆创新在全球引起了热烈的反响。“目前,全球的污水处理厂每年都消耗着巨大的电力,如果我们的污水处理厂能够将污染物转化为能源,那这将意味着污染物这种‘负资产’将转变为‘正资产’”,曲久辉向记者描述了污水处理概念厂的4个目标:水质持续:构建面向实际回用和排放目标的指标体系;能量自给:把水中的有机质转化为可以自利用的能源;物质循环:让有用物质循化利用,比如回收利用污水中的磷;环境友好:使污水处理厂变成一个生态综合体,不降低土地的使用价值。
  目前第一座污水处理概念厂已在紧锣密鼓地筹建之中。“污水处理概念厂代表了未来污染水治理的方向和模式,也将带动行业理念和技术的深刻变革。”曲久辉兴奋地说。
  这些年,曲久辉在水质科学与技术方面取得的丰硕成果有目共睹:国家科技进步二等奖2项、国家技术发明奖1项、何梁何利科技奖1项、国际创新项目奖2项……2009年,曲久辉当选为中国工程院院士。面对各种荣誉,曲久辉并没有居功自傲,他想得更深更远:“对待水污染,技术治理的只能是过程和末端的污染,根本的出路还在于产业结构的调整、在于发展模式的创新、在于全社会价值观的转变。”
  曲久辉
  吉林长春农安县人,中国工程院院士、环境工程专家。主要从事水质科学与技术研究,着力探索并实践将基础研究、技术创新和工程应用有机融合的科研理念。长期研究饮用水微污染及水质安全保障的理论和方法,在国际上开创了多项技术应用的工程化先例。
  曲久辉先后获得国家科技进步二等奖2项、国家技术发明奖1项、何梁何利科技奖1项、国际创新项目奖2项。近5年在国际重要刊物上发表SCI(美国《科学引文索引》)收录论文120余篇,申请和获授权国家发明专利28件。