任南琪院士: 废水制氢拓出能源宝藏
任南琪有着一份十分耀眼的履历:36岁晋升为教授,40岁成为博士生导师,42岁获得“长江学者奖励计划”特聘教授,50岁荣登中国工程院院士榜单。他最早提出利用有机废水制取可再生资源氢气的连续流发酵法生物制氢技术,并在国际上引领了该领域的研究;他以厌氧微生物生理生态学理论研究为基础,开发出了适合我国国情的高浓度有机工业废水生物处理技术与设备,解决了制药、印染、化工等近30个重污染企业的废水处理问题。凭借这两项成果,他两获国家科技进步二等奖。
误打误撞与水结缘
很难想象,这位以污水处理著称的院士曾是一位语文老师。1976年任南琪中学毕业,在哈尔滨市第六中学担任语文老师。翌年,恢复高考,18岁的任南琪考取了哈尔滨建筑工程学院城市建设系给水排水工程专业。
任南琪选择这个专业,当中还有一段故事。他一直“倾心”的是文艺,打小就是班上的文艺骨干。他的长项是竹笛演奏,已经达到半专业水平。当年报考大学时,任南琪身为科技工作者的父母一致要求他学理工科。为此,任南琪当时与父母达成一个协议:只考一次理工科,万一失败,就弃理从文。然而就是这样的一个协议,改变了任南琪的命运。
在读书的过程中,任南琪爱上了这个专业。特别是在大三时学了《水处理微生物学》后,任南琪开始逐渐偏好于污水处理研究,尤其“青睐”微生物研究。这时课堂上所学到的知识已不能让任南琪满足,他开始找来相关资料自学。
1990年在攻读博士期间,任南琪在自己所发明的废水厌氧处理设备中发现了生物产氢的现象,于是他大胆地选择了废水生物制氢这一国际前沿课题,并于1991年获得了国家自然科学基金委的资助。经过4年的不懈努力和深入研究,完成了博士论文《有机废水处理生物产氢原理与工程控制对策研究》,取得了生物制氢研究的重大突破。许多年之后,人们还是会经常提起这篇意义重大的论文。任南琪的学生、如今已经是副教授的丁杰感慨说:任老师的博士论文是直接出版成书的,在当时的试验条件下能做出这样的论文,让人敬佩。
废水制氢世界扬名
任南琪首创的“发酵法生物制氢技术”,对国外采用纯菌种制氢而言是一项重大突破。在进一步的研究中,他又发现了产氢能力很高的“乙醇型发酵”类型,产氢量比国外“丁酸型发酵”产氢高几十倍。于是,他又完善了生物产氢发酵理论,并提出了最佳工程控制对策,发明了高效连续流生物制氢反应器。2001年,任南琪所开创的“有机废水发酵法生物制氢技术”,被485位中国科学院和中国工程院院士评选为2000年中国十大科技进展新闻,称这项成果远远领先于世界上其他专家的生物制氢技术研究水平。此时,欧美等发达国家小型连续流反应器发酵法制氢技术研究才刚起步,并且这种起步还源于1995年任南琪在美国水环境协会上宣读的论文。
紧接着任南琪又解决了规模化制氢所面临的反应器放大、生物传质、水力流态等技术瓶颈问题,研发并设计出一套“有机废水发酵法生物制氢”工艺系统。2005年,哈尔滨开发区建成了世界上首座年产氢气40万立方米的示范基地,作为国家“863”计划“有机废水发酵法生物制氢技术生产性示范工程”这个基地率先使用了这套工艺系统,单台设备日产氢能力347标准立方米,这不仅是国际上第一条发酵法生物制氢生产线,并且在规模上也创造了世界之最。这项成果的取得,使国际生物制氢产业化目标提前了至少10年,使我国具备了实现规模化制氢的技术与设备,实现了工程菌生产的产业化,而且具备了占有国际市场的潜力。
新技术为节能减排带来新气象
这些成绩并未让任南琪满足。他希望能进一步提高菌种的产氢效率,高效利用像废弃生物这样的廉价资源,并且尝试解决诸如反应器大规模应用时出现的技术问题。归结起来,就是降低成本的问题,任南琪的目标是利用废水生产1立方米氢气的成本控制在1元人民币以内。目前,利用电解水制氢,每产出1立方米氢气,需要消耗3至4度电。而目前利用废水制造氢气的成本已经控制在了每立方米1.4元以内。若将成本控制在1元钱,就意味着在产生相同能量的情况下,用氢气做燃料的消费将和传统能源相当,可以在更广泛的范围内替代传统能源。
作为污水处理专家,任南琪一直十分关注松花江出现的水危机。2005年11月13日,中石油吉化公司双苯厂爆炸,松花江水体出现硝基苯污染的危机。作为“松花江硝基苯重大水污染事件”国家应急科技专项发起人之一和总项目负责人,任南琪和同事们日夜奋战,顺利完成了研究工作和项目验收。他主持的“松花江水污染应急科技对策与决策支持系统综合研究”课题,在我国率先建立了流域水体安全预警体系和应急决策管理支持系统,为今后发生类似突发性污染事件后及时决策,提供了数值模拟平台。任南琪还先后承担了8项沿松花江流域城市污水处理厂的工程设计,通过采用耐寒生物种群等新技术,使水处理费用平均降低约15%。如今已成为哈工大副校长的任南琪依旧在科研岗位上忙碌着,用他的智慧、新技术为节能减排尽一份力。
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