■文／蕭 磊

溫室氣體排放量大增導(dǎo)致全球氣候變化，進(jìn)而嚴(yán)重威脅人類(lèi)的健康和福祉。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，全球2%～5%的溫室氣體（特別是一氧化二氮N2O 和甲烷CH4）排放與污水系統(tǒng)有關(guān)，污水廠(chǎng)的溫室氣體排放量逐年增大。

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)廢水和生活污水排放量至少以每年18 億立方米的速度增加，污水廠(chǎng)成為我國(guó)市政工程不可缺少的組成部分。常規(guī)污水生物處理過(guò)程會(huì)產(chǎn)生N2O，其溫室效應(yīng)比CO2強(qiáng)將近300 倍。僅2005—2014年的10年間，我國(guó)污水廠(chǎng)的溫室氣體排放總量漲幅就超過(guò)200%。

針對(duì)因污水處理造成溫室氣體大量排放這一問(wèn)題，必須找到科學(xué)且高效的應(yīng)對(duì)策略才能從根本上解決問(wèn)題。在這方面，福州大學(xué)閩江學(xué)者特聘教授、博士生導(dǎo)師陳學(xué)明開(kāi)展了扎實(shí)有效的工作。

深入剖析溫室氣體產(chǎn)生機(jī)理

陳學(xué)明在這一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域是名副其實(shí)的“科班出身”，基本功扎實(shí)，對(duì)問(wèn)題理解較為深刻透徹。他本科就讀于知名“雙一流”學(xué)府河海大學(xué)，獲得了給水排水工程專(zhuān)業(yè)學(xué)士學(xué)位，隨后赴澳大利亞在世界知名學(xué)府昆士蘭大學(xué)（The University of Queensland）水研究中心（Advanced Water Management Centre，現(xiàn)改名為Australian Centre for Water and Environmental Biotechnology）攻讀環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位，并獲2017年度優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)（僅授予前10%博士畢業(yè)生）。其導(dǎo)師為澳大利亞技術(shù)與工程院院士、國(guó)際水協(xié)杰出會(huì)士、世界著名澳籍華人科學(xué)家袁志國(guó)教授和著名科學(xué)家倪丙杰教授。在博士后研究階段，陳學(xué)明選擇到丹麥技術(shù)大學(xué)化工系擔(dān)任研究員工作，隨后因?yàn)楣ぷ髯坑谐尚Ф脒x2017年“歐盟瑪麗居里學(xué)者”人才計(jì)劃（排名前5%），獲丹麥高等教育和科技部重點(diǎn)推介。同時(shí)，在學(xué)習(xí)和工作過(guò)程中，陳學(xué)明嘗試擔(dān)任助教并努力嘗試指導(dǎo)研究生，既能夠提升自己的學(xué)術(shù)水平，又能為歸國(guó)后能在高等學(xué)府任職奠定職業(yè)基礎(chǔ)。

在科研過(guò)程中，陳學(xué)明愿意靜下心來(lái)尋根溯源，研究領(lǐng)域內(nèi)前沿基礎(chǔ)問(wèn)題。目前，系統(tǒng)地揭示溫室氣體N2O 的產(chǎn)生機(jī)理和開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證可以減少N2O 排放的控制策略就是污水生物處理領(lǐng)域廣受關(guān)注的研究課題。

陳學(xué)明首先潛心研究了污水生物處理中N2O 的產(chǎn)生機(jī)理。他在實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期運(yùn)行反應(yīng)器以富集強(qiáng)化的硝化污泥，通過(guò)批量試驗(yàn)研究溶解氧對(duì)N2O 產(chǎn)生的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)合數(shù)學(xué)模型，得出了污泥絮體結(jié)構(gòu)內(nèi)亞硝酸鹽的累積現(xiàn)象影響N2O 產(chǎn)生的重要結(jié)論，并為N2O產(chǎn)生機(jī)理研究提供了一個(gè)微觀(guān)結(jié)構(gòu)層面的新角度。

他后續(xù)研究關(guān)注了常見(jiàn)的反應(yīng)器體系內(nèi)N2O 產(chǎn)生的特異性，包括自養(yǎng)脫氮顆粒污泥系統(tǒng)N2O 產(chǎn)生機(jī)理及影響因素的多尺度模型研究和縱向梯度對(duì)自養(yǎng)脫氮生物膜系統(tǒng)N2O 產(chǎn)生影響的模型研究。而這部分研究成果為自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)的可持續(xù)性工程應(yīng)用建立了重要的理論基礎(chǔ)，廣受學(xué)術(shù)界好評(píng)。

通過(guò)與丹麥Biofos 水務(wù)公司和Unisense 公司合作，陳學(xué)明對(duì)Aved?re污水廠(chǎng)進(jìn)行為期一年半的N2O 排放及常規(guī)運(yùn)行指標(biāo)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)多變量、多尺度的綜合分析，成功發(fā)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用的交替進(jìn)水間歇曝氣式氧化溝工藝N2O排放的季節(jié)性規(guī)律和導(dǎo)致其N(xiāo)2O 產(chǎn)生與排放的主要機(jī)理及影響因素。他帶領(lǐng)合作團(tuán)隊(duì)利用實(shí)測(cè)的75 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在深度學(xué)習(xí)的框架內(nèi)，開(kāi)發(fā)了預(yù)測(cè)污水廠(chǎng)N2O 排放量的方法。

基于污水廠(chǎng)原有的控制策略，陳學(xué)明設(shè)計(jì)提出并現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證了可以有效降低60% N2O 排放且不影響污水處理效果的控制方案。相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與運(yùn)行控制結(jié)果均已提交給丹麥環(huán)境保護(hù)署，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)污水廠(chǎng)溫室氣體N2O 排放相關(guān)立法提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

立足國(guó)內(nèi)實(shí)際開(kāi)展學(xué)術(shù)研究

在國(guó)外學(xué)習(xí)工作的七年時(shí)間，陳學(xué)明收獲滿(mǎn)滿(mǎn)，不僅開(kāi)闊了眼界，擁有了國(guó)際視角，而且感受到了專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域科技前沿脈動(dòng)，為持續(xù)開(kāi)展工作奠定了基礎(chǔ)。期間，因?yàn)橛袑?zhuān)業(yè)大團(tuán)隊(duì)保駕護(hù)航，有成熟科研平臺(tái)的技術(shù)支持與保障，陳學(xué)明個(gè)人的科研工作開(kāi)展一直較為順利，工作相對(duì)自由，且工作壓力較小。但是陳學(xué)明不滿(mǎn)足于此，他希望有更大的發(fā)展空間和成長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

2019年，陳學(xué)明因突出的學(xué)術(shù)成就入選福建省“閩江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授，又于2021年被認(rèn)定為福建省引進(jìn)海外高層次人才。作為土生土長(zhǎng)的福州人，陳學(xué)明有著“寧戀故鄉(xiāng)一抔土，不戀他鄉(xiāng)萬(wàn)兩金”的情懷，希望能夠?yàn)楦Ｖ菽酥粮＝òl(fā)展盡一份赤子之心。歸國(guó)后，他花落福州大學(xué)，在環(huán)境與安全工程學(xué)院擔(dān)任研究員、博士生導(dǎo)師。

陳學(xué)明始終堅(jiān)持洋為中用，針對(duì)國(guó)內(nèi)污水處理技術(shù)發(fā)展痛點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，積極開(kāi)展面向碳中和與資源回收的污水處理新技術(shù)研究?；谇捌趯W(xué)術(shù)積累，其在包括污水處理工藝的數(shù)學(xué)模擬、污水生物處理工藝的溫室氣體排放及減排，污水廠(chǎng)工藝合成、設(shè)計(jì)及調(diào)控等方面頗有建樹(shù)。

從一名優(yōu)秀學(xué)生驟然變身為一位老師，并且要獨(dú)立開(kāi)展科研工作，這一角色轉(zhuǎn)變確實(shí)需要陳學(xué)明花費(fèi)一定的時(shí)間進(jìn)行一定的心理建設(shè)。陳學(xué)明也曾經(jīng)因?yàn)椤芭霰凇庇羞^(guò)迷茫和彷徨，但更多的是滿(mǎn)懷著希望，腳踏實(shí)地開(kāi)展工作。首先，他花費(fèi)將近一年的時(shí)間新建了實(shí)驗(yàn)室和辦公室，購(gòu)買(mǎi)了所需要的儀器設(shè)備，搭建了反應(yīng)器。這些對(duì)陳學(xué)明而言并不容易，他需要事無(wú)巨細(xì)，不斷熟悉國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)領(lǐng)域發(fā)展情況。同時(shí)，他開(kāi)始手把手傳道授業(yè)解惑，獨(dú)立處理一切有關(guān)自己門(mén)下學(xué)生的學(xué)習(xí)問(wèn)題。另外，同樣讓陳學(xué)明苦惱的是作為新人在國(guó)內(nèi)合作機(jī)會(huì)較少，成果推進(jìn)和轉(zhuǎn)化比較慢。但是科研水平高且待人誠(chéng)懇的陳學(xué)明憑著積極的工作態(tài)度和扎實(shí)的工作作風(fēng)，獲得了學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和同事的幫助和支持。諸多領(lǐng)導(dǎo)在學(xué)校層面為陳學(xué)明提供了很大便利，讓其在壓力之外時(shí)刻感受著濃濃暖意，也獲得了前進(jìn)的動(dòng)力。

中國(guó)作為負(fù)責(zé)任的世界大國(guó)，在2020年制定的“十四五”規(guī)劃中明確了降低碳排放（即溫室氣體排放）這一重要任務(wù)，并向世界做出了在2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”（即溫室氣體“零排放”）的重要承諾。陳學(xué)明回國(guó)時(shí)間節(jié)點(diǎn)恰逢“碳中和”事業(yè)發(fā)展熱潮，為助力中國(guó)完成任務(wù)并實(shí)現(xiàn)承諾，以陳學(xué)明為代表的新一代學(xué)術(shù)界專(zhuān)業(yè)人士正在奮勇?tīng)?zhēng)先，爭(zhēng)分奪秒地將“論文”寫(xiě)在祖國(guó)大好河山上。即便由于新冠疫情嚴(yán)重，陳學(xué)明無(wú)法順利開(kāi)展學(xué)術(shù)交流，但其將持續(xù)保有工作熱情，始終勇往直前。