水行业痛失先师 沉痛哀悼清华大学刘文君教授
慧聪净水网清华大学环境学院刘文君教授因病逝世,享年50岁,行业痛失大咖!慧聪净水网对刘教授的不幸离世表示沉痛哀悼。
深切缅怀刘文君教授
据知情人士透露,刘文君教授最近正在参与国家新的水质标准的制定工作,计划中下月举办给水深度处理年会等。惊闻悲讯,水行业痛失大咖!
慧聪净水网对刘教授的不幸离世表示沉痛哀悼,愿刘老师一路走好!
刘文君教授出生于1968年9月5日,湖南省桂阳县雷坪乡堆上村人,1985年考入北京轻工业学院,1992年就读清华大学环境工程系,获硕士学位,1995就读清华大学环境科学与工程系,获博士学位,1999至2003年分别在新加坡国立大学(NUS)、加拿大滑铁卢大学(UW)、美国伊利诺大学香槟分校(UIUC)分别获得博士后。
刘文君教授是清华大学教授、博士生导师、院党委副书记。2006年10月任清华大学环境科学与工程系饮用水安全研究所所长,2011起任清华大学环境学院饮用水安全研究所所长。其学术研究方向为水质科学与工程技术、现代饮用水消毒技术和理论、紫外线消毒与高级氧化技术、饮用水高级处理(预处理和深度处理)原理和技术、给水管网水质化学稳定性和生物稳定性控制原理和技术、饮用水水质评价和对健康的影响、给水厂规划和设计等。曾兼任全国紫外线消毒标准化技术委员会主任,中国土木工程学会水工业分会秘书长等职。作为国内第一人,被选为国际紫外线协会常务理事,并获任亚洲和澳大利亚分部主任。
其深入研究并系统总结了我国微污染水源饮用水的水质特点,不同处理技术的技术经济指标和应用范围,处理工艺选择的理论依据等,开创了国内大型市政给水紫外线安全消毒研究和工程应用的新领域。提出了饮用水氯安全消毒新的方法学。在国内建立了饮用水生物稳定性研究和工程应用新方向。
作为技术负责人参与制定了我国第一部紫外线消毒国家标准------《城市给排水紫外线消毒设备》编写,并参与了众多国家及北京市相关项目。发表中英文文章100多篇。曾荣获2010年度获国际紫外线协会最佳工程奖、第九届中国土木工程詹天佑奖、全国五一劳动奖状、首都劳动奖状、北京市优秀教师等。
期间,经常参加、支持行业相关主题活动,接受慧聪水工业、慧聪净水网采访,并与行业人士,及网友面对面交流,为水行业的发展提出宝贵意见。
刘文君教授参加慧聪净水网2017年净水品牌盛会专家评审会
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刘文君:饮用水水质标准从卫生、安全到健康
来源:慧聪净水网 2017年10月19日
饮用水水质与人体健康密切相关。消除致病微生物造成的急性风险和降低化学品导致的慢性风险一直以来都是饮用水处理的最主要目标。近年来,越来越多的研究关注饮用水的营养属性和健康属性,可至今尚存在很大争论。
饮用水确能提供人体所需必要元素,但是否是其重要来源或必要来源?
饮用低矿化度水日渐普遍,但长期饮用是否利于人体健康?
流行病学研究表明人群罹患心血管等疾病的风险与饮用水的硬度和溶解性总固体等水质指标存在相关关系,但两者之间是否存在因果关系?
加氢水、富养水、碱性水、高硒水、小分子团簇水是否更有利于人体健康?
这些问题在很长时间内仍将存在,如何科学、公正、尽早地解答这些问题已变得非常必要。为此,我们将陆续推出5篇系列文章,以冀起到抛砖引玉的作用。
世界卫生组织《饮用水水质准则(第4版)》开篇即强调:“安全饮用水对健康至关重要,它是一项基本人权,也是用于保护健康的有效政策的一个组成部分”。自古以来,人们认识到水是生命之源,人类要生存、要生活,要发展,就必须逐水而居,必须让所有的人都能得到满意(充足、安全、易得)的供水,应尽一切努力确保饮用水的安全可用。因此全世界文明的发展,城市化的进程都是与各自的母亲河或者说母亲水系分不开的,对水质的关注和认识也是人类文明发展的重要组成部分。大体上讲,水质标准的发展可分为:卫生、安全和健康三个阶段。我们已经经历了卫生阶段,现在正处于水质安全的阶段,健康的理念正在萌芽和发展中。这三者在本文中的含义分别为:卫生学主要强调微生物风险,通常是急性爆发、危害效果容易发现、及时控制后没有长期危害;安全性主要强调长期的、慢性的健康影响,危害效果不容易发现,发现以后也不易恢复,通常是化学物质引起的,与毒理学指标同义;健康性主要指饮用水水质对人体有益部分,可以通过饮用水改善人体健康的物质。
1、水质标准的卫生学阶段
早在公元初和古罗马时期人们就已经开始将水质、水质卫生和疾病的发生联系起来。在那时,人们就已经广泛采取措施保持水质纯净、提供高质量的饮用水、并对用过的水进行处置。人类历史上最早的关于饮用水水质优劣的标准是由罗马建筑师和工程师Vitrurius于公元前一世纪提出来的。他根据水在煮沸以后的反应、蔬菜在水中煮熟以后的滋味以及人们饮用水后对健康的影响来确定水质的好坏。中国人历来喜欢饮茶,由此形成好茶必须有好水泡制的文化,那如何判断好水呢?乾隆帝发明了一个简单方法:用纯银制作标准银斗一只,用该银斗盛满各地泉水称重,同样的体积,重量越轻,他认为水质越好,杂质越少,由此定出天下第一泉,天下第二泉,等等。显然这些方法都缺少科学性。虽然此后随着时间的推移,科学的进步和技术的发展,人类对水本身的认识和饮用水的处理都得到一定的提高和改进,但真正具有现代意义的饮用水的水质准则是20世纪初首次在美国出现的。
中世纪到18世纪时期,随着罗马皇帝的逊位和其管理机构的解散,原有的公共卫生保障系统失于维修,城镇的街道到处是垃圾和粪便,下水道和其他排水管道很少,住房质量也不好,污物随处可见,公共和个人卫生措施都被忽略了,流行疾病十分普遍。日渐流行的基督教将疾病流行解释成对罪恶的惩罚或者是为来世赎罪作准备的手段,肉体的消失被看成是对灵魂的拯救。僧人和基督徒每年才洗一到两次澡。没有人接受并支持疾病可以预防和阻止传播的观念。
因此中世纪疾病流行和瘟疫无数次暴发就一点不奇怪了。在十字军东征时,大部份士兵由于疾病死在去圣地的路途中。在大死亡时期,欧洲的人口大幅度减少。由于食物和饮水不洁引起的伤寒和霍乱性腹泻十分普遍并致人死亡。虽然逐渐认识许多流行病是可以传染的而且通过隔离病人可以阻止疾病的传播,但对发病的原因却基本不了解。紧接着中世纪的文艺复兴时期,人口拥挤、瘟疫流行、卫生状况差、水质受污染的局势基本没有改变。
人们对饮用水中污染物危害健康的认识最早是从致病细菌开始的。1853年英国伦敦爆发大面积霍乱,当时伦敦的一个医生Snow关闭了Broadway街区的一个泵站,结果该街区的霍乱发病率显著下降,当他重新开启该街区的水泵后,霍乱发病率重新上升。他由此断定霍乱与水有关,但不知道是水中什么东西。其后巴斯德提出了水中微生物致病理论,解释了饮用水导致流行病爆发的问题。在此基础上,关于水中微生物与人体健康的认识以及检测方法得到极大发展,美国由此在1914年提出了第一个具有现代科学意义的水质标准,该标准的条款仅限于细菌性水质指标,规定总细菌含量限值为100CFU/mL(一直沿用至今)。另外,还规定在每个被检查的样本中,在5个超过10CFU/mL的子样中包含B.coli(现称为Escherichiacoli大肠杆菌)的子样不应多于1个。该标准制定后被广泛采用,并于1925年、1942年、1946年和1962年修订。这系列标准主要关注水质微生物学指标(细菌、病毒、浊度等),因此被称之为水质卫生学阶段。
饮用水卫生学的问题,随着饮用水标准的制定和重视,消毒技术的发展,总体上全球范围内得到较好的控制,以美国为例,1910年为每10万人伤寒病死亡率为20.544,到2003年,降低到0,发病率也几乎为0,极个别病例是由于在美国境外旅游引起的。但世界卫生组织(WHO)的调查报告显示,在发展中国家80%的疾病与饮用水不安全有关。主要原因是这些地区不能使用合适的消毒技术,消毒管理水平相对较差,由于微生物污染容易引起急性疾病的感染和传播,WHO饮用水水质准则指出微生物是威胁饮用水安全的首要问题。
另一方面,新的微生物安全问题也在不断出现。随着微生物学技术的发展,多种新的介水病原微生物被发现。例如,1976年以来首次发现的嗜肺军团菌和世界各地相继发生的具有耐氯性的贾第鞭毛虫和隐孢子虫的流行,以及近些年学术界比较关心的水中抗性细菌的问题。
新的饮用水微生物风险需要微生物检测技术的深入发展和管理的不断提高。近年来各国的饮用水卫生标准都在不断更新和提高。WHO饮用水水质准则中水源性疾病病原体指标由最初的2项增加到第四版的28项;美国环境保护局(EPA)最新的《饮用水水质准则和健康建议》中微生物指标有7项,包括贾第鞭毛虫、隐孢子虫、军团菌、细菌总数、粪大肠菌和大肠埃希菌、总大肠菌群、肠道病毒和浊度。
基于上述原因,世界卫生组织及各国饮用水水质主管部门都将饮用水水质的卫生学指标作为水质标准制定和管理的重点,确保饮用水微生物指标达标仍然是一项长期而艰巨的任务。我国也一样,《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定生活饮用水首先要保证流行病学上安全,即不得含有病原微生物。水质微生物学指标由旧标准的2项增至6项,增加了大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫,修订了总大肠菌群1项。
2、水质标准的安全性阶段
为控制饮用水水质的卫生学问题,最有效的技术手段是采用氯消毒。但1972年由Rook等人首先报道饮用水中由于加氯而检出有三氯甲烷等微量致癌有机物,这一结果引起公众的普遍关注。1972年美国公布了对路易斯安娜(Louisiana)州的密西西比河水质的调查报告,取样点包括从新奥尔良的卡罗尔顿(Carrollton)水处理厂出水,从这些水样浓缩和分离出36种合成有机物(SOCs)。
基于这些发现,1974年底,美国环保局宣布要在全国进行调查以确定美国饮用水中三卤甲烷(THMs)问题的范围及严重程度。这次调查称作全国有机物调查(NORS),于1975年完成。饮用水中的THMs和SOCs对健康的重要性当时还不清楚,并且至今仍需进一步研究,如低浓度的有机化学物和消毒副产品对健康的影响。
考虑饮用水中微量有机物对人体长期、潜在的危害,为保障饮用水安全,经过美国国会的努力,通过了联邦立法,要求制订全国性的计划,保护全国的公众饮用水系统的质量。美国众议院和参议院于1974年11月通过了安全饮用水的提案,1974年12月6日SDWA被签署为法令,即公众法(PublicLaw)93-523(SDWA,11974),该法案是全世界第一部关于饮用水安全的法律,以后为其他国家所仿效。安全饮用水法的制定,标志饮用水水质的理念从只保障卫生学指标合格又向前大大跨进了一步,即同时考虑饮用水水质化学性物质对人体的影响,而饮用水中化学性的物质由于浓度低、种类多,因此其对人体健康的影响通常是长期地、潜在地、慢性地、不知不觉地发生的,因此不容易引起注意。
饮用水水质的安全性是目前各国水质标准和水处理关注的热点问题。由于化学工业的发展,人工合成的有机物快速增加,部分合成有机物(SOCs)通过多种途径进入天然水体和供水系统,与天然有机物一起,存在于饮用水中,虽然浓度很低,通常为微克每升水平或者更低的浓度,但其危害不可小觑。据美国的相关调查,发现饮用水中有700多种有机物,其中卤代有机物及苯、氯酚、双醚等均属于有“三致”(致癌、致畸、致突)作用或毒性物质。我国环保部的一项调查也发现56个城市的206个饮用水源地中共检出132种有机污染物,其中103种属于优先控制污染物。近年来又有大量新兴或新型有机物引起高度关注,如内分泌干扰物和个人防护用品和药品等,其中抗生素问题比较突出,因此对有害物质种类和浓度限值的规定是目前饮用水标准制定的重要内容。
饮用水安全性的理念与卫生学理念的一个区别是,通常卫生学指标不达标导致的水质问题是急性的,如细菌感染,大面积爆发传播,但容易发现,也容易控制,如要求公众改喝开水,不吃凉冷食物,不用污染的自来水洗手、洗水果等。但化学安全性指标导致的水质危害往往是潜在的、慢性的,如致癌、致突等,需要很长的时间,而且因果关系也不是特别明显,一般不容易引起重视,发现后解决问题也比较复杂。
关于饮用水安全性指标设定一般基于两方面的因素①健康目标和②经济技术可行性。健康目标一般考虑的要素是三个:①每人每天喝水为2L。这个数据是有依据的,国内外都做过调研,证明平均每人每日饮水为2L数据可靠。这是计算从水中摄入化学物质量的依据。②人的平均预期寿命为70岁。该数据一只沿用至今,但部分地区人均预期寿命要高于该值,如北京,据报道人均预期寿命已到80岁。③伤残调整生命年(disability-adjustedlifeyear,DALY)。伤残调整生命年等于生命损失的年数与残疾或疾病的生活年数。通常可容许的疾病负担被定义为每人每年上限为10-6DALY,也可以简单理解为70年间日常摄入该水质目标下的饮用水,每1百万人增加一例癌症案例。这就是饮用水准则中用来确定遗传毒性致癌物指导值的风险水平的依据。根据健康目标,同时考虑去除饮用水中这些有害物质的可行性技术和处理成本,就可以制定饮用水水质标准的限值。
根据上述原则和《安全饮用水法》,美国环保署制定了一系列饮用水标准,并定期修订相关标准。制订和修定法规一般按二步走:第一,美国环保局要公布推荐的最大污染水平(RMCL)。基于国家科学院(NAS)的研究,可以相信,到了RMCL污染水平就会对健康产生有害影响。这些RMCL的设定值不会引起已知的或预期的健康影响。还要提供适当的安全裕度。这些值只作为健康的目标,而不打算在联邦范围内强制执行。第二,USEPA要制订最大的污染水平(MCL),尽可能接近RMCL,只要环保局认为切实可行。环保局还有权在经济和技术上不能确定污染的MCL时制定所要求的处理技术。MCL和处理技术组成了国家主要饮用水法规(NPDWR)并且可以在联邦范围内强制执行。法规每三年至少要复审一次。
世界卫生组织、欧盟、其他国家也借鉴美国的方法和经验,制定相关的饮用水标准。我国由于相关的基础工作薄弱,制定饮用水卫生标准过程中借鉴的多,针对性有所欠缺,但总体内容上与美国还是相当的。我国饮用水标准(GB5749-2006)共有指标106项,其中毒理学指标为74项,占三份之二还多,充分说明对毒理学指标的重视程度。
3、水质标准的健康性阶段
从以上讨论可以看出,目前饮用水标准卫生学指标和安全性指标还是饮用水行业主要的关注点,特别是安全性指标,由于污染物越来越多,水质标准限制的种类也越来越多,名单越来越长,以我国为例,生活饮用水标准85版一共才35项,毒理学指标才15项。到2006版指标增加到106项,毒理学指标增加到74项。因此在未来相当长的时间内,仍然需要花大力气重视和研究饮用水卫生学和安全性方面的挑战。
与此同时,很多人也有疑惑,为什么到目前为止饮用水水质标准只规定了各项指标的最大值,而没有规定最小值(pH除外)呢?是不是所有指标都越低越好呢?如果真是这样,为什么不给大家提供纯水呢?如果纯水喝了好,为什么中东缺水地区采用海淡水还要矿化才能用呢?因此显然饮用水中各项指标并不是越低越好,饮用水也不是越纯越好。我们认为这就是饮用水水质发展的第三个阶段,即饮用水水质除了关注对人体健康有害的指标及限值外,也需要关注对人体有益的指标及限值。
现有的研究和流行病学调查表明,饮用水中适当的钙、镁的含量对饮用者心血管系统是有明显益处的。从20世纪50年代末期、60年代早期开始,一些科学家开始研究为什么美国乃至世界其他国家的许多地区心脏病、中风和高血压病(统称心血管病)的发病率大不相同。研究发现饮用水硬度与心血管病发病率呈负相关关系,也就是说,一个地区饮用水硬度越高,当地居民心血管病的发病率就越低。
饮用水硬度可以防治心血管病的一个原因是因为这些矿物元素可以补充维持心脏和血管正常功能必不可少的成份。在这方面,镁的作用越来越受关注。人体的许多日常功能都需镁的参与。神经和肌肉细胞需要镁以维持其细胞膜梢的正常功能来维持电信号的传递。如果镁的浓度太低,细胞膜的电信号传递功能就会不正常,最终导致神经细胞和肌肉细胞可能过于兴奋且不稳定。镁浓度低还可能导致心跳不正常、脉搏紊乱、血管痉挛、关键器官供血不足。在这种情况下就可能发生心脏病甚至猝死。饮用水提供的镁只占人体需要量的2%~4%。但对于那些轻度缺镁的人,如因高血压、心脏病而服用利尿剂导致镁过度排泄的病人,通过饮水补充镁仍能起很重要的作用。镁在水中的化学形态也使它比食物中的镁更易被吸收。
水的硬度中另一种有助于减少心脏病和中风的元素是钙。一些研究表明在防治心血管病方面,饮用水中的钙和镁有相同的作用。但与镁不同,钙的作用是间接的,饮用水中的钙可以减少心脏病和中风的机理在于钙对高血压的影响,通过饮水补充的钙占需要补充的总钙量的15%~20%。
骨质疏松是中老年妇女常见的健康问题,大多数妇女钙摄取量偏低。最近几年医学专家重新评估了维持人体正常需要钙的最少摄取量,大多数专家认为初次月经后的妇女每天需1000~1500mg的钙才能满足维持骨组织健康的需要。如果这一结论属实,终身从钙含量高的饮用水中摄取足够的钙以维持人体对钙的需要就十分关键。与此相似,饮用水中钙的含量对平衡人体随年龄增长而对钙需要的增加也很重要。一些研究发现终身维持对钙的高摄取可以保持骨组织的高密度、减少骨折的发生。
饮用水中氟的含量对人体健康有双重作用,氟含量高会引起氟骨病和氟斑牙,但氟含量低会引起牙的衰退和牙洞(龋牙)。我国饮用水标准只限定了氟的最高浓度,氟不足的地区通常建议用含氟牙膏。但在美国一直倡导在饮用水中加氟(人工加氟)来改善饮用水氟低导致的问题,并认为是美国过去70年内在保护公众健康方面最主要的成果。
目前急需解决的一个水质与健康的关系问题是淡化海水的矿化标准问题。由于海水淡化技术的发展和部分地区、岛屿淡水资源的缺乏,将淡化海水作为生活饮用水的需求十分迫切,我国也建设了一些大型海水淡化厂,而且国务院相继发布了“十二五”和“十三五”海水淡化规划。但淡化海水的使用遇到瓶颈,特别是作为生活饮用水使用,基本上没有实现。主要原因是淡化海水腐蚀性强、纯度高,目前我国没有淡化海水矿化水质标准。矿化中是只控制TDS,还是要同时控钙、镁?其他微量元素是否需要投加,投加浓度应该多少?不矿化是否可以长期饮用?曾有海军研究人员告诉本文作者他亲身经历,他因在某岛屿生活几个月,每天喝淡化纯水,结果几个月后出现肌无力症状。国外虽然有些淡化海水的矿化经验,但也不够完善,如以色列的矿化标准只规定pH值,钙镁硬度,显然是不够的。世界卫生组织关于脱盐水的矿化问题也是语焉不详,说明如何矿化是目前全球共同的问题。
水中加氢气是关于水质与健康关系的又一个热点领域。人体暴露的氢气主要为内源性气体,肠道菌群能产生大量的氢气。目前尚未发现氢气对人体有毒副作用。吸入50%氢气可以克服深海潜水导致的高压神经综合症,缓解代谢综合症等。由于其易于扩散的特质,氢气可到达其他药物不易到达的部位,进入线粒体,核内,还可穿越血脑屏障。最重要的是,气体氢并不会与超氧化物自由基及过氧化氢反应,二者在体内均有重要的生理作用。近5年间,氢气已被发现可作为医用气体有效地作用于63种疾病动物模型,包括脑梗死、帕金森症等。针对通过饮用水中加氢来改善人体健康,日本已经开展了较多的相关研究,并取得丰富成果。本课题组也初步开展了碱性加氢水缓解胃溃疡的动物研究,发现:①饮用两周时间的碱性加氢水可在大鼠体内有效抑制由盐酸-阿司匹林导致的胃溃疡,且观察到明显的氢气剂量效应关系。②碱度可能是抑制胃溃疡的一个原因,但作用没有氢气显著。③碱性加氢水对大鼠未产生可见不利健康影响。
另外关于水分子团簇结构特性及对人体健康的影响也一直有相关的研究,虽然结论尚不明确,但一直引人关注,如果有更多的研究,对水的团簇结构特性将认识越来越清楚。
《饮用矿泉水标准(8537-2008)》规定了8项界限指标,都有最低限值,其中锂、锶、锌、碘化物、偏硅酸、硒等被认为对人体健康有好处,饮用水标准是否可以借鉴这些指标设定最低限值也有重要的现实意义。
关于是否需要从饮用水中吸取上述提到的矿物元素,学术界有些争论。大家都认同钙镁离子及微量矿物元素对人体健康的重要性,但部分学者认为饮用水提供部分可以忽略不计,而且可以从食物或其他渠道获取,如钙可以通过牛奶补充。问题是饮用水是每个人可以而且必须廉价获取的的民生用品,正如WHO所说,是一项基本人权,而食物、饮料、牛奶等并不是每个人都能获得的。再者,正如有专家反驳:如果饮用水中对人体有益的矿物元素可以忽略不计,那为什么同样微量的有害物质我们要特别关注呢,是不是也可以忽略不计?!国内有专家研究也发现饮用水中矿物元素对人体健康有观测到的影响。因此我们应该尽可能采用廉价的技术手段,通过构建健康的饮用水指标体系和技术体系,全面提高所有公众的身体健康。
综上所述,饮用水水质及对公众健康的影响,是全球共同关注的问题。水是生命之源,自有人类历史以来,人们无意识或有意识地处理人与水的关系。现代意义上的水质标准的发展,经历了关注微生物风险为主的水质卫生学阶段、在关注微生物风险基础上更加关注水中微量化学物质导致的毒理学问题的水质安全性阶段、现在开始进入在关注卫生学和安全性基础上的健康学新阶段,不但要继续控制有害物的最大浓度,还要考虑有益元素的最低浓度。饮用水的健康学研究刚刚萌芽,需要大家提高意识,共同努力,以便为提升饮用水水质、提升人体健康水平作出更大贡献。
刘文君深度解析水业紫外线消毒市场状况和国标修订
【附】刘文君教授专访
为了国人喝上安全放心的饮用水
——记清华大学环境学院教授刘文君和他的紫外线水消毒技术
来源:清华新闻网作者:王冰冰 (文章发表于2012年06月,有删减)
不久前甚嚣尘上的“含氯门”事件,再次牵动全社会的脉动,将饮用水安全问题又一次推上媒体关注和百姓舆论的风口浪尖;而“氯”这一通常只在化学教科书里才会看到的名词也重新活跃在日常生活的视野。谈起这两个概念,刘文君可是如数家珍,因为作为清华大学环境学院党委副书记、教授、清华大学饮用水安全研究所原所长的他,一直研究的方向正是饮用水安全技术与理论,近年来又着力于紫外线消毒技术的研究,被称为“紫外线水处理技术的中国拓荒者”。不久前刘文君获选担任国际紫外线协会亚洲和澳大利亚分部主任一职,为他个人和清华大学,乃至中国的饮用水安全研究领域和紫外线消毒技术赢得了荣誉。
起步国际的活跃者——学术起步,缘起海外
“中国很多技术都是跟在国外后面跑,但紫外线研究可能是个例外。”
——刘文君
谈起饮用水安全研究工作,刘文君就无比自豪,他觉得自己所从事的是个很崇高的职业。因为饮用水安全与百姓日常生活休戚相关、密不可分,是最重要的民生工程,但也是极易被忽视的职业,因为它又那么为人所熟视无睹、司空见惯。
由于饮用水安全日益突显的重要性,刘文君及其前辈、同仁所在的清华大学饮用水安全研究所,由原来分管给水和排水两部分的“老水所”分化独立而来。饮用水安全的课题在研究所一代代清华学人的传承下,秉承清华的学术品格和科研追求,不负国家寄望与社会重托,延续学脉、兴盛学科。刘文君的恩师王占生老师已年近八十,至今还活跃在其学术科研领域和应用发展前沿,为饮用水安全课题奋斗了整整一辈子。刘文君自嘲自己也为此奋斗了近半辈子。在此之前,还有很多清华老先生做出过不懈努力,比如环境学科的奠基人陶葆楷教授,已经95岁高龄的许保玖老先生等等。到刘文君这一代专注于饮用水安全课题的清华学人,所肩负的使命就是如何通过技术手段来改善水质。
刘文君对紫外线技术的研究,结缘自清华而起步于国外。1995年和1999年,刘文君在清华大学分获市政工程硕士学位和博士学位。随后四年,他先后赴新加坡国立大学、加拿大滑铁卢大学和美国伊利诺大学香槟分校(UIUC),从事博士后研究工作。刘文君最早接触紫外线的契机正是缘起于在国外做博士后期间。当时,他所参与的课题正是由美国环保局所支持的紫外线消毒技术,由此才使其有机会进入到紫外线研究前沿领域,而此前他主要专注于饮用水深度处理、消毒副产物和管网水质控制等领域,对紫外线技术则所知甚少。
2001年,刘文君出席了国际紫外线协会在华盛顿召开的第一届国际紫外线大会。紫外线研究在当时还是一门极具潜力的新兴技术,只有3名中国人参加大会,刘文君可以算作是国际紫外线协会的“老人”了。之后,刘文君依托做博士后研究的学术平台,凭借自己对学业事业的专注持恒和充沛热情,积极活跃在国际紫外线领域,成为其中屈指可数的华人面孔。
刘文君曾在2008年中国紫外线消毒标准化技术委员会成立大会上说:中国很多技术都是跟在国外后面跑,去追赶人家,但紫外线研究可能是个例外。因为它是新兴技术,即使在国外也是刚刚发展起来,中国很有可能和国外齐头并进,甚至领先于国外。这无意中正道出了刘文君学成归国、学以报国的真正目的。
领跑国内的先行者——推广应用,崭露头角
解决中国的科研问题要有“国际视野,中国问题,科学方法,创新思维”。
——刘文君
中国紫外线消毒研究项目的最初发端,受益于刘文君获得全国百篇优秀论文之机。之后,刘文君及其所在清华团队通过大量宣传、推广应用,不懈努力,使紫外线在科研和应用领域都得以蓬勃蓄势和大幅发展。
2001年,刘文君的论文获评全国优秀博士论文,他是这个专业第一个获此殊荣者,也是国内此领域的第一个研究者。由此,他开创了一门全新学科——饮用水生物稳定性,并获全国学术界和供水行业的广泛认可。时至今日,大部分自来水厂都高度重视管网水质生物稳定性的控制。
回首起初,正值2003年“非典”特殊时期,刘文君海外学成归国,并通过人才引进计划入职清华。甫一返校的刘文君,就参加了恰逢其时举行的建设部消毒工作重要会议,并在会上进行了主旨报告。由于“非典”时期使用的消毒剂量普遍较大,与会领导格外重视消毒副产物等相关问题,而由刘文君这样三十出头的年轻人来主讲这一重要问题,许多参会者刚开始还微抱怀疑之态。这种感受刘文君并不陌生,他清晰记得在1997年美国专家来华进行学术会议时,谈及隐孢子虫一词,当时在场华人只有刘文君一人知晓该词的含义。刘文君关于消毒技术发展趋势的主旨报告结束后,刘文君获得了参会者的一致认可,与会领导也深受感染,报告还被评为一等奖。由此,在紫外线消毒领域,刘文君声名鹊起、实至名归。
但光有一技之长和一腔热情还远远不够,刘文君在国内的紫外线消毒技术应用和推广上遇到了两大障碍。首先是技术性障碍:虽然刘文君一直致力于此领域研究,但以前主要研究生物的预处理和深度处理技术,用生物的办法去除水中的有机物,改善水质。而紫外线是全新的技术,国内当时对紫外线技术的认识很少,连基本概念也要跟同行解释半天,研究所用的测试手段,设备和测试微生物国内都没有。刘文君自己动手,根据国际规范设计试验装置,从国外购买试验材料和检测仪器,同时加强跟国外同行的交流。较快建立的规范的试验系统,达到国际先进水平。另外我国水质与国外差异较大,处理工艺落后,自来水的管道输送输送路径和时间都相对较长,比如一些大城市的自来水输送,从水厂到用户最短几小时,最长却可能要一周时间,在此过程中自来水可能发生生物化学反应,导致微生物生长(我们就常常在酒店等的水龙头处看到有不能直饮的提示,而在国外往往都是可以直饮的)。因此对紫外线技术的应用与国外存在较大的技术差异,需要将理论研究和实际应用结合才能解决。
另外,还有非技术性障碍:主要是需要针对国内对消毒认识不足的现状,进行宣传推广。刘文君以为,首先,既然自己的专业是直接面向应用的,那么就要获得政府、行业和用户理解,才能得到推广应用。刘文君和他的清华团队通过组织会议、进行报告等方式对紫外线消毒技术开展教育宣传。在其大力宣传和推动下,形势大变,以前刘文君要向人讲解的是“紫外线是什么”,后来要讲的话题大为深入,已演变为紫外线的核心技术问题,由此也带动和产生了一批紫外线消毒行业的专家和学者。其次,中国目前对消毒问题的认识也还远远不够,仍未完全从对“有没有水喝”转移到对“喝什么水”的关注层面。刘文君还曾特意撰写论文强调消毒的重要性,对受污染水质的长期危害等话题进行探讨。刘文君及其团队是走在这个领域前列的人,领跑者通常会比较孤独,从开始不被大家理解,到逐渐被大家认可,从原创性和领先性成果最初难以得到更多支持,到苦口婆心向人讲解,刘文君顶住外在压力和内心挣扎,不辍奔跑,不断前行。
正是由于刘文君及其所带领的清华团队对紫外线技术的优缺点进行客观评价和积极推广,才赢得了用户和企业的极大信任,更进一步促使了紫外线技术的应用和推广。在刘文君等人的努力下,紫外线终于从之前的曲高和寡变成了现在的应者如云。刘文君坦言,清华总体的科学氛围很好,中国的整体环境也在逐渐完善的过程中。有幸生活在这个时代是幸运的,回报国家对科研的重视正需要科研人员自身做出更好的工作。
刘文君及其团队在紫外线消毒研究的探索从排水系统发轫。中国的污水处理率向来较低,在2002年出台了新的污水处理排放标准后,紫外线凭借简单安全、使用方便的优势从而在污水处理领域得到广泛应用。刘文君及其团队积极组织国内外学术会议,邀请国外专家进行学术报告,并于国际著名专业公司进行合作。因而,从2003年后紫外线技术在国内得到极大推动,应用紫外线处理技术的水厂在污水厂中所占份额逐年增大,现在已占到一半以上,同时也培育了福建新大陆、北京安丽斯、深圳海川等大批企业,并促进了企业的健康发展。
随后,他们将紫外线消毒研究的探索步伐踏入给水系统。给水相较于排水而言,其消毒要求要更为严格,因为如有不慎将会直接危及人体健康和生存。从2005年开始,刘文君便开始根据国内情况和国际规范,对自来水消毒进行研究。在广东东莞市政府的支持下,刘文君与其清华团队作为科研单位,与其他设计单位和企业共同完成的紫外线项目,自“十五”末期发轫运行至今,是国内第一个中试规模的饮用水紫外线消毒工程。这个项目的最终成果就是于2008年在天津投入使用的天津泰达自来水紫外线消毒工程,这是由他主导完成的国内第一个大型市政自来水紫外线消毒工程,还从巴黎捧得了国际紫外线协会2010年最佳工程奖。由于国外奖项无需申报,因而从提名到获奖,刘文君一直一无所知,直到这个国际大奖颁奖的一刻。事后了解到当时,有不同国家的12个候选项目参与评选,竞争十分激烈。现在,天津泰达的二期三期都仍在继续沿用此项技术。
由刘文君及其团队研发的基于紫外线消毒技术的远洋船舶压载水处理系统,是国内第一套通过国际海事组织和国家海事局认证的压载水处理系统,目前正处于产业化阶段,该系统为我国作为造船和远洋航运大国履行国际海事组织关于压载水管理相关国际公约提供了技术保障,具有重要战略意义。
上海临江水厂的紫外线消毒项目,作为刘文君负责的“十一五”水专项研究子课题,建成后主要服务于世博会,已被列为“十一五”国家重大专项的标志性成果。“十一五”重大水专项中,饮用水作为六个主题之一,其五项标志性成果中刘文君负责的就有两项,包括微膨胀上向流臭氧活性炭技术(应用于济南市鹊华水厂,十一五水专项示范工程)和上海临江水厂紫外线消毒工程。目前,北京的郭公庄水厂和第十水厂也都决定采用紫外线消毒技术。
由于刘文君出色的科研能力、丰硕的工程经验以及热心的服务意识,2005年他毫无悬念地当选国际紫外线协会的常务理事。随着紫外线技术的飞速发展,和中国成为世界新一经济增长点的现状,并鉴于日本、韩国、新加坡等国的发展态势,原本只设有美洲和欧洲分部的国际紫外线协会决定成立亚洲和澳大利亚分部,并任命刘文君为亚洲和澳大利亚分部主任,从2012年3月1日开始履职,。就职后,按照严格的国际规定,刘文君从原来的常务理事一职上退出,专任主任事务,既要负责和亚洲、澳大利亚等其他国家的协调和联络,又要组织本地区的学术交流和推广,刘文君更加忙碌。
2012年7月1日国家将全面实施新的饮用水水质标准,全面升级的新国标将对供水水质和饮用水安全提出更高要求。新国标的制定和实施就有许多默默无闻清华人密切参与和积极推动。身兼多职的刘文君,深受服务社会的清华传统感染,在我国供水行业有重大需求时总能看到他的身影。
刘文君说:服务社会是科研的重要归宿,又能在社会需求中找准科研点。对于科研想法,刘文君有十六个字的归纳:国际视野,中国问题,科学方法,创新思维。他以自身工作为例,参加国际组织就要有国际视野,了解国内行情才能解决中国自己的问题,在研究中采用科学方法,又要强调创新思维。对于清华大学第13次党代会上胡和平书记的一段话他深为叹服:中国的问题就是世界的问题,解决了中国的问题就代表了世界的最高水平。刘文君正在用切实行动,向自己的理想迈进。
刘文君:领跑中国水业的“孤独者”
——你可以选择喝什么样的牛奶,但你无法选择喝什么样的水。
来源:慧聪水工业网
(原文发表于2012年6月,有删减)
2011慧聪水工业风云志封面人物清华大学教授刘文君
刘文君,清华大学环境学院教授、博士生导师。清华大学环境学院党委副书记、全国紫外线消毒标准化委员会主任委员、国际紫外线协会(IUVA)常务理事,2010年度国际紫外线协会最佳工程奖、2010年度第九届中国土木工程詹天佑奖、2008年度华夏奖、2008年北京市科学技术奖、2008年度全国五一劳动奖状称号等国内外重要奖项的获得者。不久前刘文君获选担任国际紫外线协会亚洲和澳大利亚分部主任一职,为他个人和清华大学,乃至中国的饮用水安全研究领域和紫外线消毒技术赢得了世界美誉。
用国际视野解决中国饮水问题
谈起饮用水安全研究工作,刘文君就无比自豪,他觉得自己所从事的是个很崇高的职业。因为饮用水安全与百姓日常生活休戚相关、密不可分,是最重要的民生工程,但也是极易被忽视的职业,因为它又那么为人所熟视无睹、司空见惯。
谈到多年来的教学科研生活和取得的成就,刘文君教授坦言国外留学的经历对他影响很大:“我在国外做过四年博士后研究,很巧合的是在三个不同国家的著名高校:新加坡、加拿大和美国,而且三位合作导师都是国际著名水处理专家,三个地方都很有特点,能够体会到东西方文化不同对教育结果的影响。刚去的时候给我的感触是理念上的巨大差异,他们的研究态度很端正,不急功近利、科学性很强,强调研究过程的严谨和对机理的认识,这对我影响很大。目前国内应该说科研条件与十年前有较大进步,国家对科研的重视和巨大投入是历史上从未有过的。但因此在科研界也存在浮躁的问题,特别是研究过程和结论的科学性不够、严谨性不足的问题,所以我提出了十六个字的科研理念:国际视野,中国问题,科学方法,创新思维。”
刘文君教授科研理念中的“中国问题”是指技术研发的着眼点要针对我国发展的重大需求,而不是盲目效仿国外的研究课题。因为我国幅员辽阔,地区差异大、环保欠账多,饮用水污染事件频发,饮用水安全问题受到社会各界的广泛关注,特别是2012年全国将全面实行新的饮用水标准《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》,水厂达标改造对适用技术有巨大的需求,因此研究人员需要对中国供水行业面临的主要技术挑战提出自己的答案。饮用水安全的课题在研究所一代代清华学人的传承下,秉承清华的学术品格和科研追求,不负国家寄望与社会重托,延续学脉、兴盛学科。
刘文君的恩师王占生老师已年近八十,至今还活跃在其学术科研领域和应用发展前沿,为饮用水安全课题奋斗了整整一辈子。刘文君自嘲自己也为此奋斗了近半辈子。在此之前,还有很多清华老先生做出过不懈努力,比如环境学科的奠基人陶葆楷教授,已经九十五岁高龄的许保玖老先生等等。到刘文君这一代专注于饮用水安全课题的清华学人,所肩负的使命就是如何通过技术手段来改善水质。
刘文君曾在2008年中国紫外线消毒标准化技术委员会成立大会上说:中国很多技术都是跟在国外后面跑,去追赶人家,但紫外线研究可能是个例外。因为它是新兴技术,即使在国外也是刚刚发展起来,中国很有可能和国外齐头并进,甚至领先于国外。
领跑中国水业的“孤独者”
饮用水微生物安全性是与人民健康休戚相关的问题。如何有效杀灭细菌和病毒,同时又不产生有毒副产物一直是饮用水消毒的关键。紫外线灭菌安全有效,不产生副产物,不改变水的物理化学性质,完全符合饮用水消毒的各项要求,是一种高效、安全、环保的绿色消毒技术。21世纪以来紫外线水消毒技术在发达国家得到极大的发展,近几年在我国也发展很快,大型城市污水处理厂的紫外线消毒系统已超过500套,大型城市自来水厂紫外线消毒系统已有3套投入运行,在建和计划建设的大型城市自来水厂紫外线消毒工程也有几座,总处理能力达到每天上百万立方米。紫外线技术在中国的快速发展离不开一个特殊人物的突出贡献,他就是被称为“中国紫外线消毒技术之父”、紫外线水处理技术的中国拓荒者、清华大学环境学院教授、博士生导师刘文君。
2001年,刘文君的论文获评全国优秀博士论文,他是这个专业第一个获此殊荣者,也是国内此领域的第一个研究者。由此,他开创了一门全新学科——饮用水生物稳定性,并获全国学术界和供水行业的广泛认可。时至今日,大部分自来水厂都高度重视管网水质生物稳定性的控制。
中国的污水处理率向来较低,在2002年出台了新的污水处理排放标准后,紫外线凭借简单安全、使用方便的优势从而在污水处理领域得到广泛应用。刘文君及其团队积极组织国内外学术会议,邀请国外专家进行学术报告,并于国际著名专业公司进行合作。因而,从2003年后紫外线技术在国内得到极大推动,同时也培育了福建新大陆、北京安丽斯、深圳海川等大批企业,并促进了企业的健康发展。
今年7月1日国家将全面实施新的饮用水水质标准,全面升级的新国标将对供水水质和饮用水安全提出更高要求。新国标的制定和实施就有许多默默无闻清华人密切参与和积极推动。身兼多职的刘文君,深受服务社会的清华传统熏陶,在我国供水行业有重大需求时总能看到他的身影。刘文君说:服务社会是科研的重要归宿,又能在社会需求中找准科研点。
刘文君教授有一句话:“走在前面的人总是孤独的。”在任何一个领域的领跑者通常会比较孤独,从开始不被大家理解,到逐渐被大家认可,从原创性和领先性成果最初难以继续到得到更多支持,其中所面临的压力和困难也是常人难以想象,侠之大者,为国为民。相信在刘文君教授等这一批水业科研人的带领下,中国的水业未来必将无限美好。
主要学术贡献如下:1.深入研究并系统总结了我国微污染水源饮用水的水质特点,不同处理技术的技术经济指标和应用范围,处理工艺选择的理论依据,对有机物、氨氮、藻类和其它微量有机物的去除技术和机理都进行了分析总结,并与王占生教授合著《微污染水源饮用水处理》一书。2.开创了国内大型市政给水紫外线安全消毒研究和工程应用的新领域。在基础研究方面,对紫外线与氯的协同消毒机理,紫外线消毒后微生物复活问题,紫外线消毒后的管网水质微生物稳定性的控制等有新发现,提出在保持紫外线剂量的情况下通过提高紫外线强度控制微生物复活的新方法,促进了紫外线技术在我国的应用,作为技术负责人参与制定了我国第一部紫外线消毒国家标准:《城市给排水紫外线消毒设备》(GB/T19837-2005)并于2005年7月正式颁布,2006年1月1日正式执行。被选为国际紫外线协会常务理事,这是我国学者第一次入选。3.提出了饮用水氯安全消毒新的方法学。首次提出有效水力停留时间(t10)的概念,研究了影响清水池消毒效率和清水池水力特性的主要因素,并以国家863项目“南方地区安全饮用水保障技术”(2002AA601120)和北京市科委项目“首都地区饮用水安全消毒技术研究”为依托,从理论到工程深入研究了有效水力停留时间的概念、内涵和应用,成果应用于深圳863示范水厂的工程建设,并在全国给水行业得到广泛认同、推广和工程应用(东莞、北京等水厂)。4.在国内建立了饮用水生物稳定性研究和工程应用新方向。在国内建立了饮用水生物稳定性研究方法学和指标体系,提出了生物稳定性指标AOC(生物可同化有机碳)的新的测定方法,被其它研究机构和给水行业广泛采用,成为本行业的基本方法学,为促进我国饮用水安全性的提高做出了贡献。5.为解决我国重大需求作出突出技术贡献。在2005年11月松花江重大污染事故哈尔滨恢复供水工作中作为专家组主要成员兼新闻发言人,亲临现场,坚持一线,参与制定应急供水技术方案并成功实施,为哈尔滨市提前恢复供水作出突出贡献,受到相关部门的高度赞扬,并在其它污染事故应急处理中发挥突出作用。1989年至1992年就职于广州百花香料厂,任助理工程师,2003年至今就职于清华大学环境科学与工程系、清华大学环境学院,同时兼任全国紫外线消毒标准化委员会主任、中国土木工程学会水工业分会常务理事兼秘书长、国际紫外线协会(IUVA)常务理事、清华大学博士后管理委员会委员、清华大学环境学院学术委员会委员、AWWA会员、IWA会员、ACS会员等,2010年度获国际紫外线协会最佳工程奖、第九届中国土木工程詹天佑奖,2008年获年度华夏奖(排名第七)、全国五一劳动奖状、首都劳动奖状、北京市科学技术三等奖,2006年被评为北京市优秀教师、2001年获全国优秀博士论文,发明专利共6项,发表中英文文章120多篇。
慧聪净水网深切缅怀刘文君教授,愿刘教授一路走好!