周少奇:从微生物里找出水污染的克星

来源: 科技日报 2020-09-16 15:36:40

周少奇在田间调研受访者供图

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周少奇,教授、博士生导师,贵州科学院副院长、院学术委员会副主任。荣获国家“万人计划”领军人才、国家重点研发计划项目首席科学家、国务院政府特殊津贴专家、国家“有突出贡献中青年专家”等荣誉,主持完成国家及省部级重要科研攻关与示范项目50多项,形成国内外专利120多项,发表期刊学术论文410余篇,多项科研成果获国家科技进步二等奖等奖项。

他突破国际上生物脱氮研究领域120余年无法逾越的难题,让自己的新技术推广应用于城市污水、炼油废水、垃圾渗滤液和农村污水等领域的污水治理工程。

正是微生物催生了奇妙的反应,中华民族的祖先酿造了美酒琼浆,古埃及人做出了美味的面包。而他,则从中破解了水污染的治理密码。9月3日,在2019年度贵州科学技术奖励大会上,他从贵州省委书记孙志刚手中接过了最高科学技术奖的证书。从台下走上颁奖台,只有几米之遥,但他的科研之路,却整整走了20多年。

突破国际上生物脱氮研究领域120余年无法逾越的难题,让自己的新技术推广应用于城市污水、炼油废水、垃圾渗滤液和农村污水等领域的污水治理工程,他以科技之手,描摹美丽中国。

他就是周少奇,贵州科学院副院长。

“跨界”科研让他灵光一闪

中国著名科学家钱学森晚年提及创新人才培养时,曾回忆起自己年少时既学理科又学绘画和音乐的经历,他认为艺术上的修养对他后来的科学工作很重要,开拓了他的科学创新思维。

这就是“跨界”的妙处,对此周少奇深有体会。作为理工男的他,从中学时代就对哲学、历史比较感兴趣。从本科到博士后,周少奇横跨了化工机械、工程力学、发酵工程和生物化工等几大专业,成为我国发酵工程学科培养的第一位博士后。

之后,周少奇将研究方向锁定在环境工程上。1996年,周少奇到香港大学从事环境生物技术方向的博士后研究,在导师方汉平教授的指导下,从未涉足过环境专业的他,从环境污染与治理的基本概念学起,一边看教科书,一边做实验,很快就入了门。

早在20世纪80年代,随着我国开始新一轮的工业化进程,周少奇就注意到了日趋严峻的环境问题。尤其是不断推进的城市化进程,让城市污水的排放量迅速增加,但在相当长的时间里,全国城市污水处理率仅为50%左右,由氮磷超标引起的水体富营养化日益突出,而传统工艺同步脱氮除磷效率严重偏低,往往还需辅以化学药剂,容易造成水体污染。

面对污水中氮磷处理这一技术瓶颈,有没有可能另辟蹊径?这时候,跨学科研究让周少奇灵光一闪。

周少奇说,只要环境适当,一个细菌在昼夜间可以繁殖出数十亿个。微生物和人一样,维持生命也需要消耗营养物质,包括有机物、氮、磷和其他营养元素,甚至微量元素。如果能从微生物中找到氮磷克星,一切便迎刃而解了。他坚信,将之前所学的生物技术应用到环境工程上,一定会找到一个突破口。

翻越一座百年科技高峰

周少奇的跨学科背景,果然发挥了意想不到的作用。通过脱氮微生物,周少奇率先在高氨氮垃圾渗滤液里看到了神奇的功效,然而,传统理论和教科书并不能完全解释他看到的现象,即有微生物能以氨氮为电子供体、硝氮为电子受体实现生物脱氮转变为氮气,他将其命名为“硝反硝”反应。周少奇不知道的是,他无意间发现的,正是近20多年来风靡学术界的厌氧氨氧化反应,遗憾的是,当时找不到相关参考文献,导致他未能及时发表论文。

1998年,经过1000多个日夜的实验和分析,周少奇在国际上率先提出了具有跨时代意义的理论——生物脱氮电子计量学。此后10年间,他不断研究和摸索,相继获得了生物脱氮过程的一系列电子计量方程和系统计量模型,解决了国际上生物脱氮研究领域120余年无法逾越的难题,为环境污染治理、水体富营养化控制与生物脱氮研究与应用提供了理论基础。

由于周少奇的研究太超前,在相当长时间里,他遇到了前所未有的困难,不过即便到了拿工资倒贴科研的份上,周少奇也从未有过丝毫退缩的念头。来自外界的质疑之声,也并没有中断。从理论到应用,还有很长的路要走。周少奇面临一个现实的问题是:如何证明自己。

不怕吃闭门羹,周少奇主动找设计院和企业合作。这样,理论很快变成了图纸,由此衍生出的一系列新工艺和实用技术,被应用于全国20余个省区的实际工程中,并取得了巨大的经济效益和环境效益。2009年,周少奇主持研发的“含氮有机废水生物脱氮新技术与工程化应用”项目荣获国家科技进步二等奖。去年,周少奇问鼎何梁何利基金科学与技术创新奖,成为继宋宝安院士之后的贵州第二人。

“被逼上梁山”的周少奇无意间打通了科技创新的全链条,这也是他特别看重创新链条和创新生态的原因所在。他眼中的“技术创新链”或“链式科技创新”,涵盖了科学理论创新、技术原理创新、工艺创新、设备研制、装备研发、工程示范、产业化应用等诸多环节。“很多的科研成果之所以走不出实验室,就是因为没有打通成果转化的最后一公里,没有打通创新链中的‘堵点’。”周少奇说,对于工程学科而言,有价值的学术成果要先实现“六化”(即工艺化、设备化、装备化、工程化、产业化、社会化),才能最终实现实用化。

大地才是真正的实验室

周少奇是一个实用主义者,在他看来,科研成果如果不能直接服务于社会经济发展,就不能体现出其应有的价值。“着眼于实际应用的科研成果,往往更有生命力。像牛顿的经典力学与万有引力定律、爱因斯坦的相对论和质能公式等,最终都实现了成果转化和实际应用。”

要服务社会,就要敢于走出书斋和实验室,把论文写在大地上。

2002年,周少奇由中组部选派到贵州省环境保护局挂职,任局长助理。当时,贵州省的城市污水处理建设刚刚起步,周少奇踏遍了贵州85个县市区,在污水处理技术的推广示范和产业化应用上,大展拳脚。

2012年6月,周少奇成为贵州“成龙配套”引进的紧缺高层次人才,从广东来到贵州工作。针对困扰西部地区60多年的农村污水处理与资源化技术难题,他作为首席科学家领衔提出技术创新方案,获得2016年国家重点研发计划专项支持,而他和团队取得的重要突破和创新成果,为西部农村污水处理提供了强有力的科技支撑。

在贵州,“大生态”是三大战略行动之一,周少奇接连打了不少漂亮仗,其中包括威宁草海之役。

9月的威宁草海,烟波浩渺,天水一色,鸟儿在水面上欢唱翱翔。这个藏在贵州高原上的湖泊,是与青海湖、滇池齐名的全国三大高原淡水湖之一,但在过去的几十年间,随着人口增多、人类活动频繁,威宁草海一度濒临消失。为此,“抢救威宁草海”上升到了国家层面。经过几年的综合治理,如今,威宁草海再现碧波荡漾,这让周少奇很是欣慰。

擦亮这颗高原明珠,截污净湖功不可没。可一开始,截污效果并不理想,为此周少奇带领团队提出创新方案,获得国家有关专项支持,通过工程实施促进了威宁草海周边的污水处理设施建设。

有趣的是,城市污水处理也好,农村污水处理也罢,周少奇都喜欢把自己的博士生或硕士生派驻到工程现场,以便开展针对性的实验和研究。20多年来,周少奇指导培养了150多名博士生和硕士生,他们超过80%的研究课题是在工程现场进行或具有工程实际应用背景。

“这样获得的科研成果具有实践性和实用性,能指导工程实践,易于实现成果转化与产业化。”周少奇说,对于一个环境科学家来说,用生物技术手段践行“绿水青山就是金山银山”的生态理念,责任重大,使命光荣。

(记者 何星辉)

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