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新華網(wǎng)南京7月21日電（戚軒瑜）剛?cè)?ldquo;三伏天”，南京酷熱難耐，來回奔波的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師蔡天明，身上的衣服早已干濕了好幾回。在學(xué)校實驗室里剛剛坐定，他拿起研究團隊提供的最新數(shù)據(jù)，開始分析新菌種“吃”掉目標污染物的可能性。

這樣的“尋找”是蔡天明教授工作的常態(tài)。

作為科技部創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才、國家“萬人計劃”科技領(lǐng)軍人才，他長期從事有毒有機污染物微生物降解技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化研究。“我的主要工作就是在這些肉眼看不見的微生物中，尋找發(fā)現(xiàn)能夠降解化工污染物的環(huán)保‘特種兵’。”蔡天明說。

蔡天明教授在微生物實驗室利用顯微鏡觀察高效降解菌。

“對癥下藥”，為污染物處置提供全新方案

長期以來，工業(yè)生產(chǎn)特別是化工生產(chǎn)中，如何處置產(chǎn)生的廢水、廢氣等污染物，是行業(yè)關(guān)注的焦點，也是環(huán)保領(lǐng)域科研攻關(guān)的重點。蔡天明教授帶領(lǐng)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境微生物與污染控制課題組，提出的用生物降解方式解決污染物的方案，是國際環(huán)保領(lǐng)域目前最前沿的研究方向。

“難降解、有毒性、對人體健康影響較大的污染物，比如環(huán)境中殘留的殺蟲劑、除草劑、抗生素等，實際上是污染物中‘打不死的小強’，我們要想辦法從環(huán)境中找到‘對癥’的微生物，讓它‘吃’掉難以降解的污染物。”蔡天明說。

比如，在制革、醫(yī)藥、染料等行業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量含有機氮污染物的廢水，這類廢水中有機氮的成分復(fù)雜，降解是行業(yè)性難題。近年來，蔡天明帶領(lǐng)團隊篩選出多株針對有機氮污染物的高效降解菌，再結(jié)合種群分析、基因測序技術(shù)，成功實現(xiàn)了高豐度的厭氧氨氧化菌種的工業(yè)化快速擴培和應(yīng)用，系統(tǒng)解決了工業(yè)廢水脫氮的問題。

不僅如此，研究團隊還開發(fā)研制出以該菌種為核心的集成工藝和設(shè)備，并在多家生產(chǎn)企業(yè)成功應(yīng)用。與傳統(tǒng)處理方式相比，新工藝具有更高的污泥濃度，容積負荷高，具有較強的耐沖擊能力，同時占地面積少、能耗小，大大節(jié)省了處置成本。

“在工業(yè)污水處理過程中，如果全部依靠物化處理工藝，如高級氧化、活性炭吸附等，這會導(dǎo)致處理成本大幅上升，企業(yè)將難以承受。我們的生化處理技術(shù)就是要在效益和效率上找到最優(yōu)平衡點，把環(huán)保要求真正落到實處。”蔡天明說。

據(jù)介紹，目前，這一技術(shù)已在江蘇、浙江多個化工園區(qū)，以及醫(yī)藥、農(nóng)藥行業(yè)部分龍頭企業(yè)成功應(yīng)用上百例。

蔡天明教授在污水處理廠觀察污水處理系統(tǒng)中微生物的生長情況。

“家底豐厚”，已建成千余株高效降解菌種質(zhì)資源庫

運用微生物解決突出環(huán)境問題的關(guān)鍵，在于高效降解菌種的發(fā)現(xiàn)和培育。經(jīng)過近二十年的研發(fā)積累，蔡天明教授帶領(lǐng)團隊建成了國內(nèi)環(huán)保領(lǐng)域首個“難降解污染物高效降解菌種質(zhì)資源庫”，內(nèi)含各類高效降解菌株1000余株，在國際上也處于領(lǐng)先地位。

尋找這些“特種兵”的過程并不輕松，這樣的成果來之不易。

蔡天明教授介紹，一個菌株的研究，從降解特性到遺傳背景，再到具體工程化應(yīng)用，有時需要長達幾年的時間。研究團隊需要常年對農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，包括原輔料、中間產(chǎn)物等，進行主動篩選并分離具有針對性的特征微生物，再經(jīng)歷不斷地培育優(yōu)選，最終獲得能“吃”掉難降解污染物的“特種兵”。

但有時，這樣的“尋找”又純屬“妙手偶得”，十分富有“戲劇性”。

2013年，在研究湖南、江西等地的尾礦廢棄物重金屬污染解決方法時，蔡天明教授在現(xiàn)場采集了大量礦坑廢水和污染土壤樣品，原計劃是用來研究尾礦的酸化過程及其微生物機制，然而卻意外發(fā)了一種以其他細菌的“尸體”為“食物”的罕見菌種——隱藏嗜酸桿菌。這一菌種正好能夠用以污水處理廠剩余污泥的減量化處理，應(yīng)用前景十分廣闊。

“污水處理廠的剩余污泥中有多種完成處理程序后死掉的細菌‘尸體’，成分復(fù)雜、毒性大，十分難以處理，以前大多采用填埋或堆放方式處置，但這對環(huán)境還是有不小的影響。隱藏嗜酸桿菌正好解決了這個問題。”蔡天明說。

據(jù)介紹，隨著研發(fā)工作的持續(xù)進行，“難降解污染物高效降解菌種質(zhì)資源庫”還在不斷擴容，其中部分菌株已經(jīng)申請國家發(fā)明專利并獲得授權(quán)。

“把脈問診”，為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展添勁賦能

蔡天明教授介紹，在發(fā)現(xiàn)培育高效降解菌種的基礎(chǔ)上，如何用好這些環(huán)保“特種兵”更是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

化工生產(chǎn)的流程長、工藝復(fù)雜，首先要確定廢水中主要目標污染物的成分、類型，找準“靶子”，才能“排兵布陣”。比如，目前市面上一些環(huán)保公司應(yīng)用的降解菌種，其微生物體系基本是針對市政污水處理，對復(fù)雜工業(yè)廢水中難降解污染物的處理能力有限，這就很難達到處理要求。

為此，每次接到項目，蔡天明總要帶領(lǐng)團隊詳細詢問生產(chǎn)過程、工藝、排放方式等等，事無巨細都要了解掌握。“我們要看是什么污染物？在哪個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的？量是多少？……有時，我們甚至比企業(yè)負責(zé)人還要了解自己企業(yè)的實際排污狀況。”蔡天明說，只有這樣，才能找到最優(yōu)的環(huán)保解決方案。

此外，研究團隊還自主創(chuàng)新了多項關(guān)鍵技術(shù)，如針對復(fù)雜有毒難降解廢水特征污染物的多菌株協(xié)同處理技術(shù)、高濃度有機廢水厭氧顆粒污泥培養(yǎng)馴化技術(shù)、化工污水中含氮有機物的生物強化降解及高效脫氮技術(shù)、高效菌株跟蹤技術(shù)等等，以最大限度發(fā)揮環(huán)保“特種兵”們的作用。

他介紹，比如，高效菌株跟蹤技術(shù)能夠?qū)δ繕宋⑸镌陂_放系統(tǒng)中的定殖和生長情況進行動態(tài)跟蹤研究，從而及時了解生物強化處理系統(tǒng)中微生物的種群特征及高效降解菌株的狀況。這就好比在污水處理池里裝了一雙“眼睛”，可以實時監(jiān)控并動態(tài)調(diào)整生化體系運行參數(shù)，以確保高效降解菌種可以穩(wěn)定、有效地發(fā)揮作用。

“江蘇是化工大省、工業(yè)大省，蔡天明團隊研發(fā)的高效降解菌的應(yīng)用對我省乃至全國整個化工行業(yè)的科學(xué)精準治污，意義深遠。他們的研究成果已轉(zhuǎn)化并應(yīng)用到多個污染領(lǐng)域的治理，為化工行業(yè)的轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展做出了突出貢獻。”江蘇省有關(guān)方面對蔡天明團隊給予高度評價，并希望他們繼續(xù)為化工行業(yè)治污攻堅克難培養(yǎng)出更多的“特種兵”，為江蘇工業(yè)發(fā)展跑出“加速度”添勁賦能。