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傅国伟:为了心中的绿水青山

来源:科技文摘报

导语:由人类社会的工农业生产和生活及自然界产生的污染物是各种各样的。其中,“首要控制”即“优先控制”,也就是对人类健康和环境的影响最严重、最需要消除的环境污染物。我国在1988年颁布了《污水综合排放标准》,将排放的污染物区分为二类,其中第一类污染物共有9项,1996年《污水综合排放标准》修订后又增加为13项,其中绝大部分属于重金属类污染物。如今,我国的水土重金属污染形势仍相当严重,很多水域中镉、砷、铬、铅、汞的浓度(或含量)超过环境背景值,约有10%以上的土壤巳遭污染,另约有10%抽测的市场大米镉超标,一些地方蔬菜中、食品中出现砷、镉、铅超标情况。由此可知防治重金属污染工作的艰巨。清华大学环境学院的傅国伟教授,为此贡献了数十载的心血。

风雨兼程勤求索

已愈八旬高龄的傅国伟教授是上海人,自幼建立起“爱民,为民奋斗为荣”的理念。怀揣着这个信念,他的学习成绩一直名列前茅,1951年参加解放后第一次大学统一招考,以优异的成绩考入北京大学工学院。第二年适逢全国院系调整,于是进入清华大学。

当时正值清华大学由综合性大学调整为工科大学之际,首次在土木系设立公路专业。那时候,凭借着一腔积极进取、为革命需要而奉献的豪情,傅国伟自愿报名进入公路专业。但是高教部于1954年决定停办清华大学公路专业,很多同学被调剂到了上海同济大学,傅老则在那时留校改学给排水专业,并担任兼职的学生辅导员工作。

傅教授回忆说,尽管在公路专业只有两年时间,但他在这段时间已经建立起“为人民大众服务终身”的人生理念,并在1953年光荣入党。改学给排水专业以后,他不仅学习了给水、排水、雨水工程的系统性,而且还学习到了经验统计(如雨量公式)与数理模型(如水处理过程模式)的实用有效性及其建立方法。这些认知对他之后的发展起到了十分重要的作用。1957年,他由清华大学土木系给排水专业毕业,留校任给排水教研组教师。

1979-1984年,清华大学环境工程系组建,傅老先后担任傅教授、教授、博士生导师、主任。在半个多世纪的学术生涯中,傅教授在城市污水和工业供水和废水处理方面开展了系统深入的研究,在核反应堆净水工程及核裂变产物废水和核爆炸污染水的处理上有国内领先的成果。1961-1965年期间,他作为清华大学土建设计院的设计代表,参加了原子能基地的施工建设和相关的研究工作,既实践了土建工程的许多过程和环节,而且成立的研究组在反应堆供水水质及放射性废水处理的研究中开展了一系列的试验研究:对不同类型离子交换树脂制取高纯水的基本特性、树脂的再生转型、不同流程和过程的影响进行了系统深入的实验室试验和反应堆工程应用检验研究;对核裂变产物废水开展了各种物理化学处理方法(包括:蒸发、离子交换、电渗析、反渗透、超过滤、混凝沉淀过滤等及其多种组合)的实验及中型工程应用试验,并取得良好研究成果。在“核爆炸污染水用混疑沉淀过滤吸附法净化为饮用水的研究”项目中,他们还综合评选了国内外40多篇文献中的几类药剂,经组合净化效果试验,配制出低污染指标的《清华一号》配方并研制出高效能的便携式净化药剂和过滤装备。

1973年8月,受到清华大学环境工程所的委派,傅国伟参加了由国家建委所组织派出的《瑞典城市污水处理技术考察组》。瑞典在60年代前曾暴发过河湖污染,之后取得了很好的治污效果,积累了众多的经验和技术。至1973年瑞典巳建有1523个城市污水处理厂,全国94%的城市污水得到处理。傅教授一行深入考察了污水生物处理与污泥处理技术、纸桨生产过程中原料和黑液的回收工艺和设备等,学习到了国外的先进技术和理念,对污水处理技术与工程有了系统全面的了解,对国际上污染防治的进展及中国的差距也有了认识。这成为他在环境系统工程学科领域奋斗的开始。

坚守前沿勇开拓

当前,我国水土的重金属污染形势十分严峻,2006年时环境保护部曾对30万h㎡的基本农用田保护区土壤抽测了3.6万h㎡,重金属超标率达到了12.1%。而土地受污染的程度还在逐年加剧。

据统计,每年仅因重金属污染的粮食就达到1200万吨,造成的直接经济损失超过200亿元。重金属污染中以镉和砷所占的比例最大,约各占40%,特点是南方污染较为密集,北方的污染较为零星。而进入土壤的重金属来源多种多样,涉及大气颗粒污染、废污水和尾矿、废渣以及污泥池等。就对人体健康的影响而言,主要是已经暴露在环境中的重金属。

此外,据《2009年中国海洋环境质量公报》公布,我国海域未达到清洁海域水质标准的面积也有增加趋势。例如,辽东湾表层沉积物中的铅、镉、银和汞已经达到了中度富集。而且镉、银和汞的主要来源是人为之源。

科学已经证实,水土污染之后的治理和恢复是十分繁重和艰巨的,需要全面考虑污染土壤、地下水及河湖底泥的治理,不仅难度极大,而且资金需求巨大,在目前修复治理资金缺乏保障的情况下,要治理好水土污染就更加困难。所以,当前重金属污染已成为我国凸显的重大环境问题之一。针对于此,傅国伟教授表示,就防治土壤污染而言,防应大于治、先于治,土壤污染的治理和修复将是一个相当长期的过程。而这份事业对于国家乃至全民均具有不可替代的重大意义,这份责任促使着他,在将近四十载的岁月里砥砺前行,坚守在科研的最前沿,为我国的环境工程做了一系列的工作。

早在1978年2-3月,傅国伟就作为负责起草的成员参加了《全国技术科学第22项(环境工程学)发展纲要》的制订工作,大家一致建议将“环境系统工程学”列为其重要组成部分。当年6月,在教育部重点高校环境科学校际学术讨论会上他做了“国外水质保护与水处理系统工程最优化”的报告。12月在中国科学院召开的“环境科学理论讨论会”上他又进行了“区域水污染控制最优规划的系统分析与模型”报告。到1979年3月,在中国环境科学学会成立大会上,他还报告了“国外水环境系统工程最优化技术”,介绍了水处理系统、区域水质系统、水处理单元过程的最优规划设计及其研究发展概况。

1979年,中国第一个环境系统工程研究室在清华大学成立。作为组建研究室的主任,傅国伟义无反顾担当起了创建和发展学科的重任。从那时候起到2000年的二十余年间,针对当时中国在水污染控制上既缺乏定量化(目标、因素、对策是模糊和经验性的)又与水环境相脱节,以及针对国际上“水质规划”仅停留在水域的控制上而与陆上的治理相脱节的问题,他运用系统工程的思想方法,经过研究提出了水污染物总量控制的系统规划管理方法,并逐渐构成了一整套系统评价、定量模拟和优化规划的理论、技术及规划实例。自此,推动了我国对常规污染物,从污染物浓度控制转向以环境容量的总量控制,并开始进入到国际先进水平的研究行列。

在这些年的工作中,傅教授先后主持完成了“丹东大沙河”、“北京东南郊”、“鸭绿江(丹东段)”、“济南市”四项具有示范性的城市水污染防治规划,被评为国际先进水平或国内领先。其中他以排名第一技术负责人身份完成的《丹东大沙河水质评价及污染控制系统规划研究》首次解决了水污染控制的定量分析和水、陆治理相脱节的问题,1985年获国家科技进步三等奖。《鸭绿江(丹东段)水质评价及污染防治研究》首次为大型河口区的中等城市提供了系统完整的污染控制规划的模式与程序,1987年获国家环保局科技术进步二等奖。《北京东南郊环境污染调查及防治》的子课题《北京东南郊水污染防治系统分析》是中国第一份污染防治系统分析报告,为总课题获1985年国家科技进步三等奖做出了重要贡献,1986年应“美国东西方环境政策研究所”的邀请在菲律宾会议上发表了论文,1987年其英译稿还被发表在《Economic Valuation Technique for the Environment--A Case Study Workbook》一书中。《济南市水污染防治规划》2000年完成,集中反映了水污染防治系统规划完整的结构、程序和各项先进有效的技术方法。

针对河流水质模型参数通常采用“梯度法”求解会带来重大误差,傅教授还提出来采用“网格法、复合形法和梯度法综合优化技术”求解,使各类河流水质模型多参数变量,得以精确可靠求解。为此,他在1991年与林巍共同开发编制了“河流水质模型多参数同时估值通用方法与软件”。针对中国实施总量控制计划这一重大环保举措中,面临监测能力薄弱,信息不全的问题,他又提出了可准确识别排污总量的“系统特征值核定法”,获得成功的应用。

此外,1988年,傅国伟教授还作为最早的倡导者与推动者与同事连续发表有关“国家水环境质量管理信息系统”的开发与设计的文章。1990年,又作为项目负责人之一完成了“七五”国家科技攻关项目《国家环境信息数据库》。开发如此巨大规模的信息系统在国内是首次突破,具有巨大的开创性和先进性。

执着奉献报国情

2000年,傅国伟教授退休了。可是他离岗不离职,依旧奋斗在国家环境工程的战线上。他在退休后继续负责完成中国与欧盟合作研究项目:“污染物排放总量估算与监测”。并在2000-2002年期间任水利部“中国水功能区划”和“流域水资源保护规划”技术顾问,项目获国家科技进步三等奖。

2003-2008年,傅教授又担任了多个项目的技术顾问及课题评审专家,包括:“全国水资源综合规划”,“非点源污染调查算方法与技术研究”,“十五”国家科技攻关项目“流域水污染物总量控制技术与示范”,中国环科院清洁生产中心“经济开发区国家生态工业示范园区建设规划”、“循环经济理论与生态工业技术研究”,中国水科院水资源所“水资源技术标准体系研究”,第一次全国污染源普查“工业污染源产排污系数核算项目”等。

此外,傅教授还担任了2009-2020年国家科技重大专项《水体污染控制与治理》总体组技术评价专家。2010年到2013年期间,傅教授又参予了有关重金属污染控制规划管理的评议、考察、咨询工特别是“电觧锰行业”污染防冶政策与技术,连续发表了多篇关于环境污染与治理的研究文章。

六十载的风雨兼程,傅国伟教授先后完成了多项自然科学基金项目和博士点科学基金项目,并多次承担国家科技攻关重大课题。并且精心培养了一批专业技术人才。如今,傅老的学生们已经在不同战线的岗位上发挥着重要作用。对于傅教授来说,这就是他最欣慰的事情。