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錢易院士:厭氧技術 未來污水處理的主力軍
文章來源:陜西珂沅環保工程有限公司   更新時間:2016-06-15   閱讀:1119

錢易院士的環保經歷堪稱我國環保科技事業的縮影。她已經80歲高齡,卻仍是大家心目中的女神,她身材瘦小,卻被院士們尊稱為先生。

作為中國第一代環保人,她見證了中國環保數十年的風風雨雨,作為我國環境科學與工程專家,她是工程院第零批次院士。她是江南才女,大家閨秀,她在環保界耕耘數十年,成績斐然,尤其在水處理、可持續發展、循環經濟、生態文明等領域造詣極深,貢獻頗多。

錢易院士是我國第一代厭氧技術的實踐者與推動者,她領導的國家“七五”攻關課題奠定了我國厭氧技術發展的格局,縮短了我國與國外厭氧技術發展的差距,培養了一大批卓越人才。

近年來,錢院士站在生態文明建設的高度,更是不遺余力的推動社會對厭氧技術的重視和科學認知,將其作為實現可持續發展社會的關鍵技術。今年4月,當錢院士得知研究院在制作《環保產業》的厭氧專刊時,她對我們的工作給予充分肯定與鼓勵,并在百忙之中接受了我們的專訪,并提供了大量珍貴的歷史素材。

從今天開始我們將陸續在微信平臺推出厭氧專刊的部分內容,并以錢易院士的專訪文章作為開篇之作。希望您和我們一起,與錢易院士共同回顧那段充滿理想與奉獻精神的歲月。

能有幸見到錢易院士,緣于本期策劃的厭氧專題。錢易院士是我國厭氧技術發展的重要推動者,她主持的“七五”攻關項目,在我國的厭氧發展史上畫下了濃墨重彩的一筆,那些成果曾一度帶領著我國的厭氧水平走向國際尖端。如今八十有余的她,仍然在推行可持續發展、生態文明理念的道路上砥礪前行,而她和厭氧的故事,也一直在繼續。為了再現厭氧發展中那些鮮為人知的悲喜故事,我們聯系了錢易院士,她聽說我們要講厭氧,十分高興,欣然接受,很快就敲定了與我們會面的時間。于是,2016年4月18日,一個春風和煦,陽光明媚的下午,我們驅車前往清華大學環境學院,見到了這位精神煥發、嫻靜溫柔的科學家,聽她娓娓講述了她與厭氧的那些故事。

厭氧技術 未來污水處理的主力軍

圖為錢易院士接受研究院高嵩院長專訪

初識厭氧,那段激情燃燒的科研歲月

20世紀五六十年代,新中國百廢待興,各項事業剛剛起步,無數個“第一”在這個年代產生,無數項經濟、科研領域的空白在這個年代得到填補。錢易院士與厭氧的緣分,也在這個時代拉開序幕。撫今追昔,那段激情燃燒的科研歲月,對如今這位已越耄耋之年的院士而言,依然宛若昨日,依然別有情感。

作為農業大國的中國,如果單看厭氧在農業領域的應用,其實已經歷史悠久,而要談這段厭氧的歷史,自然繞不開小型沼氣池。上世紀50年代的中國,已經有很多地方都在研究農村小型沼氣池的應用,清華大學也在其列。錢易院士當時作為清華大學的研究生,參與了這項研究,實驗點設在清華大學往北的一個農村里,實驗設備——小型沼氣池也由研究人員自己建造。

那時候,科研條件十分艱苦,一些在現在看來十分容易解決的問題,在當時的實驗條件下卻難到了“英雄漢”。據錢易院士回憶說:“當時我們做研究遇到了一個很大的技術難題,就是如何提高厭氧發酵池的密封性,因為空氣進去了,就不能形成完全的密閉環境,產沼氣量就會大大下降。

為此,我們做了大量的實驗,但效果一直不理想,大家都有些沮喪。直到有一次,實驗后沼氣池的漏氣程度好了很多,大家非常高興,記得當時正值吃飯時間,大家都高興地喊:收工啦,收工啦!錢易院士說,這樣激動的場景至今她依然清晰的記得,而且當時還發生了一段小插曲。

關于那段驚心動魄的小插曲,錢易院士娓娓道來。她說,實驗成功后我們準備收拾實驗設備去吃飯,因為那時候做實驗都是在室外,電源大概在100米以外的房間,因此,拆掉實驗器材后,插座并沒有及時斷電。我們準備離開的時候,一個趕過來的實驗伙伴說想看看實驗成果,于是我拿了電插銷去插插座,準備啟動實驗設備。

結果,驚險的事情發生了!因為插座沒斷電,我的手又有些濕,所以一下子就觸電了!我當時被電得倒在地上打滾,如果這時去拔電插銷,距離太遠,可能來不及,正當大家手足無措之時,黃銘榮老師靈機一動,從旁邊的小孩手里搶了一根木棍將電線拉了出來,將電斷掉,救了我。

20世紀50年代,科研環境艱苦,物質條件貧乏,老一代的科研工作者們憑著熱情與夢想投身于科研事業,付出了巨大的艱辛。

厭氧技術 未來污水處理的主力軍

“七五”再續,畫下厭氧發展濃墨重彩的一筆

轉眼時間到了20世紀80年代,中國的第七個五年(1986-1990)發展時期到來。國家提出,要重點發展農業、能源、交通、原材料等戰略重點的新技術,要重點開發電子信息技術、生物技術和新型材料等高新技術。于是,厭氧技術作為重要的污水生物處理技術被納入“七五”(1986-1990)攻關項目。

那個時期,厭氧技術的研究和應用在荷蘭、美國、巴西、印度等國都已經有了較為顯著的發展,UASB反應器也已經問世,而在中國,對于這項技術的研究還幾近空白。在這樣的背景下,錢易院士和胡紀萃老師一起擔負起了這項技術的“七五”國家科技攻關。

錢院士回憶說,“七五”期間,我們做了一個大的項目,叫做“高濃度有機廢水的厭氧生物處理技術”。這個課題開始于80年代末期,一共有14個單位參加,清華大學牽頭,主要負責人是我和胡紀萃老師,做的廢水種類有近10種,不同的單位做不同的廢水,比如酒精廢水、啤酒廢水、制革廢水、淀粉廢水等,也嘗試了一些新型的反應器,比如UASB、流化床等,溫度是常溫。我們清華大學當時的研究項目是“生物處理技術處理啤酒廢水的實驗研究”,也就是用厭氧技術來處理COD達到1500-2500mg/L的高濃度有機廢水。

據資料顯示,“七五”期間,國家把“高濃度有機廢水厭氧生物處理技術”研究納入重點環保研究課題,掀起了厭氧生物處理研究的高潮。當時有14個單位參加了攻關,包括清華大學環境工程系、哈爾濱建工學院、天津大學、河北工業大學等。

專題共分8個子專題,研究的新型厭氧反應器共7種,涉及的高濃度廢水有9類,試驗規模從小試到生產試驗裝置,共建成7個中試基地和6套生產污水裝置,提出72種合成有機物,5種重金屬及3種無機鹽類對厭氧消化的抑制濃度,開發了啤酒廢水處理方案決策模型及相應的軟件。上述研究成果,1991年獲教委科技進步一等獎,1993年獲國家級科技進步三等獎。這批科研成果的取得,大大縮小了我國在厭氧生物處理技術領域與國外的差距,有些達到了國際先進水平。

縱觀厭氧技術的中國發展史,“七五”攻關可以說劃下了濃墨重彩的一筆,而這一筆,錢易、胡紀萃等參與攻關的科研工作者們功不可沒。對于這段成就,錢易院士也深感欣慰。她說,總的來說,“七五”研究我認為非常成功,不僅進行了實驗室小試、還做了中試,最后絕大部分的題目都到廠子里做了生產性的試驗,制作了生產型裝置,反應器也有很多種,有UASB、流化床、兩段膨脹床等,這個項目得到了國家和教育部的肯定。這個階段的研究應該說推動了厭氧生物處理技術在工業廢水處理領域的應用。

腳步未停,厭氧給予我們太多可能

除了“七五”攻關項目外,為進一步推動厭氧技術的應用,錢易院士的科研腳步并沒有停歇,在接下來的幾年里,錢易院士帶領團隊進行了厭氧生物技術處理難降解有機廢水和低濃度廢水的科研探索,探索的結果令人驚喜,厭氧技術給了我們太多的可能,錢院士說,研究發現,厭氧技術不僅能有效地將難降解的有機廢水轉化為易降解的,同時,它對低濃度廢水的COD去除率能達到70%多,BOD去除率能達到80%多。

厭氧生物處理技術可以將有機廢水BOD和COD的比值改變,即將不能降解的有機物轉化成容易降解的。發現這個令人驚喜的實驗結果,錢易院士團隊有意識地挑了幾種不容易降解的污水進行重點研究。

據錢易院士回憶說:“我記得當時做得比較多的一是鋼鐵廠的焦化廢水,我至少有三屆博士生做的這個工藝,我們先后在鞍鋼、寶鋼做了大量試驗。如今在環保界赫赫有名的桑德集團,它的創始人文一波是我最后一個做焦化廢水課題的學生,據說桑德已經將這項工藝運用到了幾個焦化廠里,這項工藝可以將焦化廢水處理得很好。二是印染廢水,因為染料種類繁多,有機物特性差異大,于是我們做了20多種不容易降解的染料做對比實驗,結果表明,這些不容易降解的染料中有將近90%通過厭氧處理技術可以轉化為可降解物質。這個實驗結果給了我們很大的啟發,我們當時很興奮,證明厭氧生物處理技術是可以處理印染廢水的。”

因為厭氧反應器的能力越來越大,UASB可以承受比較高的生物固體濃度。錢易帶領團隊接著開始進行厭氧生物技術處理低濃度廢水,即生活污水或城市廢水的研究,結果也令人比較滿意。錢易院士回憶說,雖然水力停留時間比較長,但這比我們想象的要好很多,COD去除率也能達到70%,BOD能達到80%,這樣一來,可以考慮在后面加一個好氧的、或者物理化學的后處理。

跟著這個題目我們又做了將厭氧生物處理作為一級處理工藝的研究,我們用厭氧的水解池代替一級處理的初沉池等,通過水解酸化等反應去掉污水中大顆粒的有機物,同時可以將一部分難降解的有機物轉化成容易降解的,所以整個流程的處理效果提高了,消耗的能源卻降低了。

這些探索故事都發生在九十年代初,厭氧技術在探索中給了我們太多的可能。而這些努力,終得回報,1994年,錢易當選中國工程院院士,成為清華當時唯一的工程院女院士。

緣起厭氧,與兩位厭氧大師惺惺相惜

人類在自然的懷抱下孕育,在自然的賜予下發展,自然所給予的啟迪看似簡單,卻意義深遠。厭氧技術,是一項自然賜予的、有利于人類長遠發展的污水處理技術。不難發現,那些鐘情于厭氧技術的大師們,從發明厭氧生物濾池的McCarty教授、到發明UASB的Lettinga教授,再到錢易院士,他們都不約而同地將厭氧技術所蘊含的自然智慧落在了人類的可持續發展上。

厭氧技術 未來污水處理的主力軍

“我和McCarty、Lettinga兩位教授志同道合,特別投緣。”談及兩位厭氧大師,錢易院士顯得神采奕奕,略顯激動,她說:“斯坦福大學的McCarty教授,在一次會議上提出‘污水處理是要產能還是耗能’的觀點,他通過數字來比較,將活性污泥法、活性污泥法+膜處理、活性污泥法+膜處理+反滲透處理一立方水要消耗多少能量,與采用厭氧生物處理可以產生多少能量來做對比,提出了到底是要產能還是耗能,這個想法讓我印象深刻。

Lettinga更是讓我驚嘆,他居然將“可持續發展”寫進了它自傳的書名(Lettinga自傳的書名為“《通往可持續環境保護之路:UASB之父GatzeLettinga的厭氧故事》”)。兩位大師對污水處理的觀點完全一致,兩個人都設計出一套以厭氧技術為核心的污水處理系統,基本上用厭氧代替了活性污泥法,或者將活性污泥法作為后處理,這樣消耗的能量會低很多。

McCarty曾經說過,以厭氧為核心的處理技術完全可以達到處理目標。我很支持這個觀點,我們應該努力改變業界的看法,業界可能不像我們這樣對厭氧充滿感情。”

厭氧技術 未來污水處理的主力軍

錢易院士與McCarty教授的合影

一次初識,一段故事,錢易院士與兩位大師的相識,也充滿著傳奇與偶然。1980年,同濟大學請到了美國教授Machaney來華做厭氧生物處理的講座,那時候外國人來訪的很少,一聽說有這樣的講座,全國各地高校的年輕老師都去了,錢易院士也在其列。

錢易院士回憶說:“那位Machaney教授講得很好,帶來了很多前沿的知識,1986年,我去美國開會,曾前去拜訪,那時候正值厭氧生物濾池發明不久,我與教授聊天中提到我非常想去看看厭氧生物濾池,可惜與McCarty教授不熟。沒想到非常巧合的是,這位Machaney教授居然是McCarty的老師。于是在他的引薦下促成了我與McCarty的初次會面。”當時錢易院士就即刻改簽飛機票,前往McCarty所在的城市參觀。

講起當時的感受,錢易院士如是說,那座厭氧生物濾池,是McCarty教授當年做實驗的反應器,保存了下來,一方面做個紀念,一方面用作教學實驗。這件事讓我印象深刻。后來我和McCarty教授常常碰頭,成了很好的朋友,他比我略長,Lettinga教授倒是與我同歲。

厭氧技術 未來污水處理的主力軍

錢易院士繼續說道:“Lettinga教授謙遜低調,這點我很佩服,他發明了UASB,卻并沒有商業化,沒有申請專利、賺錢,非常高尚。Lettinga待人也非常厚道,他對中國感情非常好。我曾經登門拜訪他,并與他成為了知己。有一次聊天中他說,我很想知道中國現在在干什么?我說,我們現在在進行生態文明建設,他聽后特別感興趣,覺得這個理念太了不起了。他對可持續發展理念的認同,使得他很容易接受生態文明理念。”

厭氧技術,蘊含著自然智慧的污水處理主力軍

從與厭氧的初識至今,錢易院士與環保的緣分已達近六十個年頭。六十年,風雨歷滄桑,一甲子,歲月換新顏。如今的錢易院士,已將工作重心轉向了更宏觀的環境理念傳播,清潔生產、循環經濟、生態文明,這些引領著中國走向可持續發展道路的宏觀理念,已然成為錢院士常掛嘴邊的珠璣之詞。而厭氧技術,以其低耗能,產能和零排放,與可持續發展理念不謀而合,深得錢易院士的認可。

厭氧技術 未來污水處理的主力軍

“厭氧和活性污泥法最大的不同就在于它不耗能,還產能,這一點正是如今中國的發展所需要的。活性污泥法已經一百年,確實做了很大的貢獻,取得了很大的成就,但是在未來一百年,它要將主角位置讓出來,厭氧生物技術就是主角很好的承擔者,因為生態環境中厭氧生物處理隨時都在發生,它最符合自然的處理規律,不需要人為改變它。”

厭氧技術 未來污水處理的主力軍

談及中國厭氧技術的未來,錢易院士仍有一些遺憾,當然,有遺憾,就會有期待。

“因為厭氧菌的一個大的缺點是對溫度很敏感,無論北方、南方,冬天產沼氣都很少,這是一大問題,所以我一直有一個理想,就是把厭氧沼氣池的頂部用太陽能轉換材料覆蓋,成本可能有所增加,但是可以保證利用太陽能來加熱反應器,很多人都贊成我的想法并說過要去嘗試,但目前我仍沒有等到反饋。厭氧生物處理的歷史比活性污泥還久,這項技術非常有前途。”

“厭氧非常符合和諧的理念,它不浪費資源,還能將廢物變作資源。目前中國的農村污水處理技術也面臨著革新。比如關于秸稈問題,厭氧可以作為一條出路,我們可以將農村高濃度污水、畜禽養殖業污泥和秸稈一起發酵,一方面平衡含水率,一方面產生農肥。我一直在呼吁,千萬不要照抄城市污水處理模式。農村需要肥料,需要污水,氮、磷都有用,如果像城市污水那樣集中處理,又要花錢去脫氮除磷,得不償失,所以水處理領域要更新觀念,找準技術革新的方向,大家都去鉆一些高大上的技術,其實不一定好。”