——记复旦大学流域污染控制研究中心主任郑正及团队

本刊记者　朱文丽

　　
　　南宋诗人朱熹在《观书有感》中曾有诗曰：“问渠哪得清如许，为有源头活水来。”从某种意义上来说，复旦大学环境科学与工程系、复旦大学流域污染控制研究中心（以下简称中心）主任郑正教授的想法与先贤不谋而合。
　　作为登上全球最高端环境类学术会议——第六届国际环境科学与技术会议（ICEST 2012）讲台的第一位中国学者，郑正在该大会唯一关于水的主题报告中提出，应在战略层面将流域作为一个整体来考虑中国的流域污染治理问题。中国的水污染治理应从源头加以控制，合理使用水资源，减少污染排放，在每一层级尽可能科学合理地利用多种自然要素削减污染物，最终使进入水体的水源达到地表水标准。
　　近年来，郑正带领复旦大学流域污染控制研究中心在开展流域水安全和生态修复方面的研究，均先行于相关国家研究计划，一些关键技术的指标甚至创造了世界纪录。他们的工作系统深入，从相关科学问题的阐释到模型、方法的建立，从关键技术研发再到技术体系的集成直至大范围的工程应用，全程覆盖，具有很高国际认可度。总体来说，郑正教授及其团队在流域水安全和生态修复方面的研究处于引领地位，对保护我国生态环境、建设生态文明做出了重要贡献。
　　
一个科技创新的实验园
　　
　　十八大高度重视生态文明建设，水是生态文明的基础和重要前提。中国不但呈严重的水量性缺水，且由于水体污染的日益严重，又呈现严重的水质性缺水。这直接导致了流域生态环境的退化，严重影响到我们国家的可持续发展。为满足我国在水环境治理领域转型的重大战略需求，促进我国日益严峻的水环境问题的解决和主要流域的社会、经济可持续发展，发挥复旦大学作为一所学科齐全的综合性大学，其多学科交叉互补和优势资源集聚的优势，整合复旦与水学科相关的雄厚科研力量，复旦大学于2010年4月成立了“复旦大学流域污染控制研究中心”。中心旨在突破制约中国流域污染控制与资源化以及环境保护的重大技术瓶颈，推动我国流域污染控制理论与技术的发展，显著提高自主创新和集成创新能力，全面提升流域污染控制和生态建设技术水平，开发具有国际先进水平的流域污染控制成套工程技术体系，建立相应的示范工程，为我国水体污染的控制和生态环境的修复做出重要贡献。
　　村落（包括乡镇）污水处理技术；公园式低污染水深度处理技术；农业与农村固废综合处理技术；污泥深度脱水及资源化技术；清流水网流域污染控制技术??这只是中心科技创新成果的冰山一角。
　　自成立以来，中心以国家的重大战略目标为导向，致力于回答对我国流域污染控制有重大意义和指导作用的科学问题；围绕流域污染控制、生态修复、人居环境建设等方面的技术难题，重点开展基础性、前瞻性、关键性和共性技术的创新、研发与集成；开展重要技术标准制定、工艺设备研制、工程验证、成果转化及其产业化等相关工作；建立一个从流域污染控制、环境保护和生态修复工程技术研发到产业一体化的平台；培养一流水平的流域污染控制研究团队，承担国家相关重大科研项目，开展国际合作与交流。
　　秉承上述宗旨和目标，中心承担了各类科研项目。其中纵向科研项目14项，地方政府项目19项和国际合作项目3项，迄今为止大多数项目在进行，部分已经结题。其中中心自主发明的复合塔式生物滤池、毛细管渗滤沟等污水处理工艺在全国各地、尤其长江三角洲地区得到了广泛的推广，并受到高度的评价与赞扬。
　　科研之外，中心还十分重视人才的培养，郑教授遵循因材施教的原则，在传业的同时更加重视学生的全面发展。课题组良好的生活学习氛围造就了一批批优秀人才，其中博士生郭照冰、张继彪、冯景伟曾分别获得第一届（2004年）、第四届（2007年）、第五届（2008年）上海同济高廷耀环保科技发展基金会“青年博士生杰出人才奖学金”。培养的学生多已成为该单位的科研骨干，已有3人被聘为教授，10人被聘为副教授。
　　
一套完整有效的技术体系
　　
　　郑正教授上个世纪赴美国迈阿密大学污染控制技术实验室做高级访问学者，研讨借鉴国外经验。同时也从中华文明中“道法自然”思想吸取营养。他基于生态环境效应与经济成本提出流域污染优先控制级序理念。根据中国流域污染的特点，针对性的研发系列关键技术，并以这些关键技术为核心和基础与其它可用技术进行优化集成，从而形成了完整有效的流域污染控制与生态修复技术体系。该体系主要构成如下：
　　农村污水处理系列技术
　　农村（包括镇村）污水，根据不同的研究结果，约占流域面源污染的氮磷贡献15%到50%以上，低成本高效率去除农村污水中的氮磷是世界难题。郑正教授团队发明了复合塔式生态滤池等技术，利用土壤、砂子、石头、微生物、动物和植物等常见材料并将其功能高度协同起来，同时还巧妙地在有限空间实现了三次“好氧+厌氧”条件的循环，从而创造了极其有利于氮、磷和有机物等污染物去除的条件。所建设的示范工程经环保部门检测氮磷和COD均有90%多的去除率，更创造了氨氮去除率高达99.8%的奇迹，远高于日本技术的80%多的去除率，有可能从此成为难以逾越的世界纪录。
　　基于物质循环和高值化产品的农村固废资源化系列技术
　　我国每年产生50多亿吨的畜禽粪便、秸秆等农村固废，制约其资源化利用的瓶颈就是秸秆等生物转化率低和厌氧发酵所产沼气的甲烷含量低，郑正教授团队研发了混合厌氧发酵技术可提高秸秆生物转化率近30%，研发的沼气生物提纯技术可以使甲烷含量达90%，新型生物气品位和热值大大提高，从而打通了农村固废资源化利用通道。
　　农田地表径流污染控制的清流水网技术
　　农田地表径流携带大量从农田流失出来的氮磷等营养物质。郑正教授团队利用生态位理论和竞争原理，发明了受污染水体的植物空间构建和生态修复技术，并据此建设控制水污染的前置库，再以前置库为核心和主体，将流域范围的沟、渠、河、塘等地表水体联通成网，既通过水的流动也依靠植物生态空间构建，大大提高水网的活力和承受及净化污染的能力。将农田供排水沟渠建成生态沟渠作为清流水网前沿阵地，从源头拦截，进而全程控制和削减污染，使得农田地表径流最终进入主要入湖河流时的污染负荷大大降低，而所建成的清流水网的生态系统健康程度则大大提高。所建科技示范工程位于太仓，覆盖面积40km2。
　　入湖河流的生态构建技术
　　流域面源污染进入湖泊和水库的主要通道是入湖河流。郑正教授团队吸收部分清流水网的思想和元素，再集成诸如植物栅、生态渗滤坝、生态河坡、人工湿地、河流岸边缓冲带等技术单元，研发成功集污染控制、生态修复和景观美化于一体的入湖河流生态构建技术，呈现出的是一个河流景观公园。所建科技示范工程可日处理上游和两岸来的污水两万吨。
　　郑教授团队既研发了一些高技术含量的关键技术，又以之为核心和基础集成了流域面源污染控制和生态修复的技术体系，共发表论文219篇（其中SCI论文53篇且一、二区的将近一半），获得国家发明专利71项，在太湖流域、云贵高原及河南等地做了约300个科技示范工程。学术影响远及国外，欧美众多大学和企业来访，并被邀请在美国举行的有1500人参加的国际环境科学与技术大会（ICEST2012）上做唯一的水主题的全体成员参加的大会报告。
　　
一位独树一帜的领军人
　　
　　科研成果喜人，离不开中心每位成员孜孜不倦地开拓进取。而在中心勇攀科研高峰的道路上，领军人物的带动作用也是举足轻重的。作为中心主任，郑正教授不仅是一位水环境专家，更是一位富有凝聚力和个人魅力的领头雁。
　　郑正是国务院学位委员会环境学科评议组成员、国家水重大专项湖泊主题专家组专家、复旦大学特聘教授、流域污染控制研究中心主任。30年来主要从事流域水安全与生态修复的研究。“十五”期间，曾承担负责国家太湖863重大专项子专题（《农村生活污水处理技术及工程示范》），以及负责863镇江水环境专项子课题（《滨江带构建及生物多样性营造技术研究》）的研究；在“十一五”期间，作为负责人主持“十一五”太湖水专项（《复合污染型入湖河流武进港及小流域污染控制技术与工程示范》）课题的实施。目前已经形成了基于清流水网的流域污染控制成套技术，正在长三角地区、云贵高原地区和湖北、河南等地进行广泛的几十万、几百万和千万规模的工程示范。
　　其中，郑正教授作为主要完成人参与完成的“坝基渗流场探测中多含水层稳定流混合井流理论与综合示踪法研究”成果，在吴中如院士任组长的鉴定意见中被认为“是目前探测大坝渗流场的渗流通道和有关参数的有效方法，填补了国内空白”。该项成果中“在不抽水条件下多含水层稳定流混合非干扰多井物理模型为国内外首创，达到国际领先水平”。郑正教授在该项研究中承担的工作就是“进行理论模型的推导与计算”。
　　这一研究的背景主要是基于，我国花费巨额经费在几十年时间内建立起包含8万多座大中小水库的覆盖全国的水利灌溉网络，但8万多座水库大坝中的20%以上有裂隙、渗漏等安全问题。“千里之堤毁于蚁穴”，故研发准确可靠且成本低廉的能找出水库大坝坝基裂隙和渗漏等安全隐患的方法和技术具有非常重要的意义。
　　郑正教授的研究成果在水库这一特定天然流场下，通过绕坝观测孔揭穿多个含水层而普遍存在垂向流这一基本事实，建立了“不抽水（或不注水）条件下的多含水层稳定流非干扰多井物理模型”。该模型通过测定层间相互补给量、混合水位，建立了比抽水条件下更符合裘布依基本假设中稳定流和小降升的条件，它改变了水文地质试验依赖“抽水试验”的历史。可节约费用80%以上。应用该模型不仅可以取代费用极高的抽水试验，缩短测量时间，提高测量精度，而且还可以求出抽水试验无法得到的分层水力坡度、静水头、分层涌水量（或吸水量）与降升的关系等水力学参数。该成果还完善了测定坝基渗流场的人工示踪技术与天然示踪相结合的探测方法。
　　目前该项成果已应用于新安江、湖南镇、八盘峡、拉西瓦等10余座大坝并取得了满意的结果，获得1996年国家科技进步2等奖，郑正教授为第三完成人。该段时间的研究工作另外还曾获得两项农业部科技进步3等奖（均系第一完成人）以及其它奖项和专利等。