環(huán)境工程專家里特曼教授：期待微生物和人類之間的深度合作！
小楊 / 2024-08-17 08:57:55
“中國科學(xué)蓬勃發(fā)展，很榮幸我能參與其中。”今年6月，同濟大學(xué)名譽教授、環(huán)境工程專家布魯斯·愛德華·里特曼（Bruce E. Rittmann）在得知自己獲得“中華人民共和國國際科學(xué)技術(shù)合作獎”之后，如此表達了自己的感受。
里特曼教授是環(huán)境工程領(lǐng)域的國際權(quán)威學(xué)者，研究方向為污水處理及地下水修復(fù)中微生物生態(tài)調(diào)控機制。今年是他與中國開展密切合作的第23年。這20多年來，他以同濟大學(xué)為圓心，與國內(nèi)環(huán)境領(lǐng)域各大知名高校和科研院所展開了全方位的交流合作。
正如他自己所言，他深度參與了中國科學(xué)的新時代。
微生物是我們的“工人”
也是人類真正的伙伴
布魯斯·愛德華·里特曼在越戰(zhàn)期間長大，而彼時也正是美國環(huán)保運動日益蓬勃的時期。如果沒有這兩件事促使他想要為社會環(huán)境的改變作出貢獻，年輕的里特曼可能會利用他的工程學(xué)學(xué)位來設(shè)計橋梁或其他市政建筑。
事實上，當(dāng)“可持續(xù)發(fā)展”這個詞還未出現(xiàn)時，里特曼就對微生物與可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了濃厚的興趣。在1970年4月22日美國舉行第一個地球日活動時，他猛然發(fā)現(xiàn)：“我們已經(jīng)把事情搞得一團糟，必須做出改變了。”
在源源不斷動力的支持下，如今的里特曼已成為生物技術(shù)領(lǐng)域的國際權(quán)威專家，在污水和廢水資源回收領(lǐng)域頗有建樹。
多年來，里特曼教授向人們展示了關(guān)于廢水中微生物的許多新發(fā)現(xiàn)，在同行評議的科學(xué)期刊上撰寫了700多篇文章。他的貢獻不僅僅是學(xué)術(shù)上的，他的研究還促進了新一代水處理工藝，這些工藝可以去除水中的有害污染物，降低廢水處理成本、減少能源消耗，甚至回收化學(xué)品和營養(yǎng)物質(zhì)以供再利用，他也因此而擁有了近20項專利。
正如他在2018年獲得被譽為“水環(huán)境領(lǐng)域諾貝爾獎”的斯德哥爾摩水獎時所說，是時候從“廢水”中高效地去除“廢物”了。
上觀新聞：當(dāng)別人問您“你是做什么的”時，您會怎么說？
布魯斯·愛德華·里特曼：可以這么說：“我是管理微生物群落，為社會提供服務(wù)的。”這些服務(wù)是水和能源可持續(xù)性的核心。在水方面，微生物可以清理被污染的水，使其可供人類使用或返回支持自然系統(tǒng)，還能改善水質(zhì)。在能源方面，我做的是以不損害環(huán)境的方式生產(chǎn)真正的可再生能源。
其實，微生物無處不在：會在皮膚上、牙齒上，也會在河巖上或海底深處。它們正常的新陳代謝或它們所吃的東西可以幫助人類處理掉很多廢物，也可以提供人類需要的一些物質(zhì)。對它們來說，生物降解污染物或生產(chǎn)燃料只是它們正常生活的一部分。
我常說，各種各樣的微生物是我們的“工人”。我們要做的是管理微生物，以便它們可靠地以必要的速度為人類提供服務(wù)。我也希望，微生物“工作者”和人類“管理者”能成為真正的伙伴。
上觀新聞：您本科學(xué)的專業(yè)是工程學(xué)，和生物技術(shù)并無關(guān)系。
布魯斯·愛德華·里特曼：我本科是學(xué)土木工程專業(yè)的。我對結(jié)構(gòu)很感興趣，它是土木工程的支柱，我一直以為自己畢業(yè)后會去設(shè)計橋梁。然而，在20世紀70年代初，我還是一名本科生時，第一個地球日和越南戰(zhàn)爭都發(fā)生了，這兩件事都對我產(chǎn)生了深遠的影響，并促使我尋找一種可以對社會作出積極貢獻的職業(yè)。這讓我對環(huán)境工程和環(huán)境生物技術(shù)持開放態(tài)度，最重要的是，我抓住了絕佳的機會。
上觀新聞：您的主要研究成果是生物膜，基于生物膜的項目曾獲2017年度上海市科技進步一等獎和2018年斯德哥爾摩水獎。生物膜是什么？
布魯斯·愛德華·里特曼：自從20世紀70年代開始從事生物膜的研究以來，我就意識到它在自然界無處不在，尤其對治理水污染意義重大?；谏锬さ难芯?，我發(fā)明了氫基膜生物膜反應(yīng)器，該技術(shù)能夠去除水中的硝酸鹽、高氯酸鹽、硒酸鹽等有害物質(zhì)。
20世紀90年代末，人類發(fā)明了一種檢測低濃度高氯酸鹽的分析方法，于是，人們就在水源中發(fā)現(xiàn)了高氯酸鹽。在此之前，它一直存在，卻沒人知道。
在氫基膜生物膜反應(yīng)器被發(fā)明之前，沒有任何技術(shù)能夠在不使用有毒或昂貴化學(xué)品的情況下去除硝酸鹽或其他污染物，這樣水源中的毒素就會不斷增加。但是，當(dāng)氫基膜生物膜反應(yīng)器將氫氣輸送給細菌時，這些污染物就變得無害了。類似于人類吸入氧氣并呼出二氧化碳，生物膜反應(yīng)器利用氫氣改變污染物，從而引起呼吸氧化的過程。這是自然發(fā)生的，我們只需提供氫氣，一切就會發(fā)生。
把挑戰(zhàn)變成機遇
第一步便是保護水質(zhì)
里特曼教授第一次來到中國進行學(xué)術(shù)交流是在2001年，那時他受邀到清華大學(xué)訪問，也正式開始了他與中國之間的緣分。
三年后，他第一次來到上海，到同濟大學(xué)訪問并作學(xué)術(shù)報告，從此與同濟大學(xué)建立了定期的學(xué)術(shù)交流機制和互訪制度。
經(jīng)過兩年的學(xué)術(shù)交流，同濟大學(xué)教授夏四清受邀成為第一個在亞利桑那州立大學(xué)里特曼教授實驗室做研究的中國學(xué)者。接下來的20年里，約有60位中國學(xué)者走進了里特曼教授的實驗室。
2005年，里特曼教授正式受聘為同濟大學(xué)榮譽教授。當(dāng)時，他了解到，上海正在積極開發(fā)臨港地區(qū)，其中一個具有代表性的巨大工程就是人工建設(shè)直徑2.6公里的滴水湖。這么大的人工湖，水質(zhì)如何保證？里特曼教授敏銳地意識到，保護滴水湖的水質(zhì)對臨港新城的發(fā)展，甚至對上海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)的建設(shè)都有著十分重要的意義。于是，他將生物膜技術(shù)應(yīng)用于滴水湖進行深度處理與回用研究，并對滴水湖附近的環(huán)境問題提出了指導(dǎo)性的建議。
除此之外，里特曼教授更是將先進環(huán)境生物技術(shù)的應(yīng)用范圍拓展到了長三角。
一種透氣的生物雙膜技術(shù)可利用綠色氫能去除多類別的難降解污染物，在凈化水質(zhì)的同時降低碳排放量，實現(xiàn)水凈化和負碳排“雙豐收”。這項由里特曼教授牽頭的首創(chuàng)技術(shù)，將其中國產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的落腳點選在了長三角國家技術(shù)創(chuàng)新中心。2022年，國創(chuàng)中心重大項目“里特曼科技”正式啟動運營。
談起自己的項目在中國的有效應(yīng)用，里特曼教授笑了。他說：“我很高興，也很自豪。我和中國的研究人員合作得非常默契，他們也認可了我的付出。一切都太讓人滿意了。”
上觀新聞：20多年前，您為什么決定來中國做研究？
布魯斯·愛德華·里特曼：大概在2000年，中國開始積極參與國際研究領(lǐng)域的互動，特別是在水環(huán)境領(lǐng)域。我在很多會議上都遇到了中國教授，我感覺當(dāng)時中國的學(xué)術(shù)界正在發(fā)生想象不到的變化。中國非常支持研究人員、教授和學(xué)生出國學(xué)習(xí)，我也很幸運有很多中國研究人員來我的實驗室和我一起工作。
20多年來，中國的科技水平正在開放、交流、合作中不斷進步。越來越多的中國科研人員在國際頂級期刊上發(fā)表論文，也正在挑戰(zhàn)國際前沿的科學(xué)技術(shù)。中國正成為國際潮流的引領(lǐng)者，而不僅僅是追隨者。
上觀新聞：您如何評價目前中國科技的發(fā)展？
布魯斯·愛德華·里特曼：中國在科技方面取得的進步非常驚人。
我講講我注意到的三件事：一是高鐵，非?？煊址€(wěn)；二是新能源汽車，上海的新能源汽車非常多；三是中國高校和實驗室里的先進設(shè)備，這絕對是一項有回報的梯度投資。
上觀新聞：在上海滴水湖水質(zhì)修復(fù)的項目中，您做了些什么？
布魯斯·愛德華·里特曼：2005年，上海臨港地區(qū)剛剛開發(fā)，滴水湖號稱是世界上最大的人工淡水湖，是上海的另一個“東方明珠”。但我非常擔(dān)心這個湖的水質(zhì)，所以當(dāng)時我們就申請去研究它的水質(zhì)，并就如何改善提出一些建議。
我當(dāng)時申請了可口可樂公司的環(huán)保公益課題，幾乎把全部經(jīng)費都轉(zhuǎn)到同濟大學(xué)，用于開展對上海滴水湖及周邊河道水質(zhì)的修復(fù)研究。經(jīng)過一年四季的實地采樣、系統(tǒng)研究，撰寫的中英文報告和詳細的研究數(shù)據(jù)為上海市滴水湖水環(huán)境保護提供了珍貴的早期第一手資料。
上觀新聞：上海三面環(huán)海，位于中國東部長江入?？?，擁有海岸線200多公里。對一個城市來說，這是機遇還是挑戰(zhàn)？
布魯斯·愛德華·里特曼：的確有挑戰(zhàn)，因為污染可能存在于河流、湖泊和海洋中。而且上海是個非常大的城市，人口很多，各種各樣的活動也很多，人們對水的需求量也很大。把挑戰(zhàn)變成機遇的第一步便是保護水質(zhì)，這在上海是一個非常重要的話題。
上觀新聞：您喜歡在上海生活嗎？
布魯斯·愛德華·里特曼：我喜歡上海，她是一個大城市，雖然我目前只看到了她的一小部分，但我覺得在上海以及長三角地區(qū)有很多我可以發(fā)揮的空間，我在這里很有價值。
生活在這里，我發(fā)現(xiàn)上海有很棒的餐廳，有各種各樣的美食。我喜歡在這個密集的城市環(huán)境中穿插的綠道和公園，再加上我的朋友和同事總是照顧我，確保我順利地、開心地生活，我也開始更多地了解中國文化。
如今，上海的水質(zhì)、環(huán)境質(zhì)量都大大改善，上海正逐漸成為一個更方便、更健康的居住地。我認為上海做得很好，而且正朝著正確的方向堅定地前進。
我們需要思想開放
愿意超越單一學(xué)科的人
“里特曼教授很讓人敬佩的一點是可以‘秒回’郵件”，作為合作伙伴，夏四清教授這樣評價。
20多年來，里特曼教授與夏四清教授之間的溝通大部分都是通過電子郵件進行的。兩人有記錄的郵件交流內(nèi)容達1671頁，共32萬多字，有的郵件長達10多頁。
要數(shù)在中國高校作講座最多的外國教授，里特曼肯定是其中的一位。據(jù)統(tǒng)計，他20多年來在中國作學(xué)術(shù)報告多達105次，清華大學(xué)、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等20多所高校，都出現(xiàn)過他的身影。
人才培養(yǎng)在里特曼教授心中有著十分重要的地位。2019年3月，里特曼教授在同濟大學(xué)作了一場“如何培養(yǎng)博士生”的報告，現(xiàn)場座無虛席。他的PPT被同領(lǐng)域的學(xué)者公認為是培養(yǎng)研究生的“導(dǎo)則”。
在他的努力之下，同濟大學(xué)與美國多所環(huán)境領(lǐng)域排名靠前的高校建立了本科生聯(lián)合培養(yǎng)體系，從2013年至2023年，共有82名同濟大學(xué)環(huán)境學(xué)院本科生赴美國高校學(xué)習(xí)。里特曼教授自己也已培養(yǎng)了20多名中國博士生和45名中國學(xué)者。
在學(xué)術(shù)研究方面，里特曼教授擁有“極致的嚴謹”。他的每篇論文都修改得十分認真，在國際期刊上發(fā)表的文章通常都要修改10個版本以上，最多的修改版本達29個。目前，里特曼教授已與中國學(xué)者合作發(fā)表SCI論文145篇，與其合作的中國學(xué)者達256人，涉及環(huán)境工程、環(huán)境生物技術(shù)、海洋環(huán)境等多個領(lǐng)域。
“作為朋友，我發(fā)現(xiàn)里特曼教授的嚴謹也體現(xiàn)在生活上。”夏四清教授說：“他知道要到中國交流，為了適應(yīng)用筷子，他在來中國之前就在家里經(jīng)常練習(xí)用筷子夾黃豆，到中國時就能非常熟練地使用筷子了，他是一個非常純粹的人。”
上觀新聞：您的同事和學(xué)生們都可以通過電子郵件與您互動，哪怕在凌晨，您都可以秒回，這是怎么做到的？
布魯斯·愛德華·里特曼：一個學(xué)生花時間給我發(fā)了一封電子郵件，問了一個想問的問題，我覺得真的要立即給他答復(fù)、及時做出回應(yīng)。
上觀新聞：您認為現(xiàn)在的大學(xué)生應(yīng)該擁有怎樣的素質(zhì)？
布魯斯·愛德華·里特曼：在我所教授的環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域，我需要學(xué)生們懂不同的學(xué)科，包括生物、化學(xué)、工程、數(shù)學(xué)等。我希望學(xué)生們渴望學(xué)習(xí)不同的東西，而不是狹隘地說我是一個化學(xué)家，我只想了解化學(xué)。
有些工具，哪怕不是同一學(xué)科的，也是可以用來理解和實現(xiàn)我們的技術(shù)的，所以需要對這些領(lǐng)域有廣泛的了解，不要害怕去嘗試那些有別于常規(guī)的新東西。令人興奮的進展正在學(xué)科交叉點上發(fā)生，而那些界線也終將會消失。因此，學(xué)生們應(yīng)該好好利用這一切，走出你的舒適區(qū)。我們需要思想開放、愿意超越單一學(xué)科的人。
上觀新聞：您如何評價中國在環(huán)境領(lǐng)域的人才培養(yǎng)情況?
布魯斯·愛德華·里特曼：可以說人才輩出。目前中國頂尖大學(xué)的教授和學(xué)生的人數(shù)很多，多到讓人驚訝。很多來自中國的學(xué)生在我的實驗室工作，他們中的很多人都非常優(yōu)秀。我會尋找具有創(chuàng)造性思維的研究人員，他們會提出很多新的想法，我的許多中國學(xué)生都是這樣的。他們很有創(chuàng)造力，能想出新點子，善于發(fā)現(xiàn)新事物。
上觀新聞：您為什么去那么多的中國大學(xué)演講？
布魯斯·愛德華·里特曼：我認為每個人都需要了解人類現(xiàn)在的困境，尤其是像全球氣候變化這樣的事情。如果你想要做出一些改變，愿意對你的生活方式做出一些調(diào)整，那么理解你為什么要這樣做是很有幫助的。
我的大部分演講都針對普通聽眾、大學(xué)生和上班族，讓他們知道我們現(xiàn)在研究新技術(shù)到底為的是什么。
科學(xué)研究無國界
國際合作的前景是樂觀的
“今天，我們正處于一個革命性的時期，利用強大的生物技術(shù)來實現(xiàn)我們過去只能夢想的事情；而未來，更多的夢想將被實現(xiàn)。”
盡管“綠色環(huán)保”已成為當(dāng)代流行的口號，但里特曼教授表示，人們所做的努力還遠遠不夠。他所認為的革命性創(chuàng)新，包括通過光合作用制造燃料分子作為石油的潛在替代品，以及微生物和人類之間的長期深度合作。
“我們的星球所能提供的資源是有限的。”他說：“我們必須盡快找到更多的可再生資源，否則就太遲了。”
里特曼教授用他的研究證明了可持續(xù)的生活是可能的：“隨著我們對生物膜研究的進一步深入，以及更多的跨學(xué)科探索，相信在未來幾年能看到更多生物技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，以及其他創(chuàng)新技術(shù)的誕生。”
上觀新聞：環(huán)境和氣候問題越來越嚴重，先進生物技術(shù)的使用會對環(huán)境問題的改善產(chǎn)生怎樣的幫助？
布魯斯·愛德華·里特曼：這是一個激烈的問題，現(xiàn)在我也越來越緊張了。我們需要做的是停止使用這么多的化石能源——天然氣、煤炭和石油，去找到替代品。所以我們做了很多工作，利用微生物來創(chuàng)造所謂的替代品，找到用可再生能源取代化石能源的方法。
現(xiàn)在，人人都關(guān)心空氣質(zhì)量，因為你需要呼吸，這顯然非常重要。10年前，中國有空氣污染比較嚴重的日子，我當(dāng)時是覺得有些可怕的，那些日子很糟糕?，F(xiàn)在我在上海覺得大多數(shù)時間空氣質(zhì)量相當(dāng)好，我們有藍天，空氣污染的測量值比以前低得多。
上觀新聞：您在中國和美國都致力于環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，在兩國的工作，會有不同的關(guān)注點嗎？
布魯斯·愛德華·里特曼：重點的領(lǐng)域不一樣。在中國，直到最近，我的重點領(lǐng)域一直是如何消除河流、湖泊和海洋中的水污染物，這是中國很多地區(qū)現(xiàn)在所需要的。在美國，我更加注重可持續(xù)性發(fā)展和生產(chǎn)可再生資源的相關(guān)工作，但重要的是，我做研究的方式都是一樣的。
上觀新聞：在未來，環(huán)境微生物領(lǐng)域還會在哪些方面有所發(fā)展和應(yīng)用？如何進一步深化國際合作？
布魯斯·愛德華·里特曼：我覺得應(yīng)該進一步優(yōu)化環(huán)境微生物的功能，實現(xiàn)資源回收，使各類微生物發(fā)揮其極致的功能為人類服務(wù)。這方面的國際合作仍十分必要，深化國際合作的前景應(yīng)該是樂觀的?？茖W(xué)研究無國界，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域長期合作，才能開發(fā)能造福人類的新技術(shù)。
上觀新聞：青山綠水、碧海藍天，需要全社會、全民共同參與才能得以實現(xiàn)吧？
布魯斯·愛德華·里特曼：當(dāng)然，這需要人們愿意在他們的生活細節(jié)上做出一些調(diào)整。例如，我們知道二氧化碳排放是全球氣候變化的主要驅(qū)動因素，所以我們必須愿意去替代，去替代那些能產(chǎn)生大量二氧化碳的產(chǎn)品和服務(wù)。我們可能還會發(fā)現(xiàn)，對我們的食物系統(tǒng)進行調(diào)整是很有必要的。
我認為關(guān)鍵是我們要在不完全擾亂每個人生活的情況下做出這些改變。要知道，不是消除一切，而是找到替代品。這就是我的工作。
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