蔡天明：在微生物世界找寻环保“特种兵”

　　新华网南京7月21日电（戚轩瑜）刚入“三伏天”，南京酷热难耐，来回奔波的南京农业大学资源与环境科学学院教授、博士生导师蔡天明，身上的衣服早已干湿了好几回。在学校实验室里刚刚坐定，他拿起研究团队提供的最新数据，开始分析新菌种“吃”掉目标污染物的可能性。

　　这样的“寻找”是蔡天明教授工作的常态。

　　作为科技部创新创业人才、国家“万人计划”科技领军人才，他长期从事有毒有机污染物微生物降解技术及其产业化研究。“我的主要工作就是在这些肉眼看不见的微生物中，寻找发现能够降解化工污染物的环保‘特种兵’。”蔡天明说。

蔡天明教授在微生物实验室利用显微镜观察高效降解菌。

　　“对症下药”，为污染物处置提供全新方案

　　长期以来，工业生产特别是化工生产中，如何处置产生的废水、废气等污染物，是行业关注的焦点，也是环保领域科研攻关的重点。蔡天明教授带领南京农业大学环境微生物与污染控制课题组，提出的用生物降解方式解决污染物的方案，是国际环保领域目前最前沿的研究方向。

　　“难降解、有毒性、对人体健康影响较大的污染物，比如环境中残留的杀虫剂、除草剂、抗生素等，实际上是污染物中‘打不死的小强’，我们要想办法从环境中找到‘对症’的微生物，让它‘吃’掉难以降解的污染物。”蔡天明说。

　　比如，在制革、医药、染料等行业生产中会产生大量含有机氮污染物的废水，这类废水中有机氮的成分复杂，降解是行业性难题。近年来，蔡天明带领团队筛选出多株针对有机氮污染物的高效降解菌，再结合种群分析、基因测序技术，成功实现了高丰度的厌氧氨氧化菌种的工业化快速扩培和应用，系统解决了工业废水脱氮的问题。

　　不仅如此，研究团队还开发研制出以该菌种为核心的集成工艺和设备，并在多家生产企业成功应用。与传统处理方式相比，新工艺具有更高的污泥浓度，容积负荷高，具有较强的耐冲击能力，同时占地面积少、能耗小，大大节省了处置成本。

　　“在工业污水处理过程中，如果全部依靠物化处理工艺，如高级氧化、活性炭吸附等，这会导致处理成本大幅上升，企业将难以承受。我们的生化处理技术就是要在效益和效率上找到最优平衡点，把环保要求真正落到实处。”蔡天明说。

　　据介绍，目前，这一技术已在江苏、浙江多个化工园区，以及医药、农药行业部分龙头企业成功应用上百例。

蔡天明教授在污水处理厂观察污水处理系统中微生物的生长情况。

　　“家底丰厚”，已建成千余株高效降解菌种质资源库

　　运用微生物解决突出环境问题的关键，在于高效降解菌种的发现和培育。经过近二十年的研发积累，蔡天明教授带领团队建成了国内环保领域首个“难降解污染物高效降解菌种质资源库”，内含各类高效降解菌株1000余株，在国际上也处于领先地位。

　　寻找这些“特种兵”的过程并不轻松，这样的成果来之不易。

　　蔡天明教授介绍，一个菌株的研究，从降解特性到遗传背景，再到具体工程化应用，有时需要长达几年的时间。研究团队需要常年对农药、医药、染料等生产过程中产生的污染物，包括原辅料、中间产物等，进行主动筛选并分离具有针对性的特征微生物，再经历不断地培育优选，最终获得能“吃”掉难降解污染物的“特种兵”。

　　但有时，这样的“寻找”又纯属“妙手偶得”，十分富有“戏剧性”。

　　2013年，在研究湖南、江西等地的尾矿废弃物重金属污染解决方法时，蔡天明教授在现场采集了大量矿坑废水和污染土壤样品，原计划是用来研究尾矿的酸化过程及其微生物机制，然而却意外发了一种以其他细菌的“尸体”为“食物”的罕见菌种——隐藏嗜酸杆菌。这一菌种正好能够用以污水处理厂剩余污泥的减量化处理，应用前景十分广阔。

　　“污水处理厂的剩余污泥中有多种完成处理程序后死掉的细菌‘尸体’，成分复杂、毒性大，十分难以处理，以前大多采用填埋或堆放方式处置，但这对环境还是有不小的影响。隐藏嗜酸杆菌正好解决了这个问题。”蔡天明说。

　　据介绍，随着研发工作的持续进行，“难降解污染物高效降解菌种质资源库”还在不断扩容，其中部分菌株已经申请国家发明专利并获得授权。

　　“把脉问诊”，为行业可持续发展添劲赋能

　　蔡天明教授介绍，在发现培育高效降解菌种的基础上，如何用好这些环保“特种兵”更是一个复杂的系统工程。

　　化工生产的流程长、工艺复杂，首先要确定废水中主要目标污染物的成分、类型，找准“靶子”，才能“排兵布阵”。比如，目前市面上一些环保公司应用的降解菌种，其微生物体系基本是针对市政污水处理，对复杂工业废水中难降解污染物的处理能力有限，这就很难达到处理要求。

　　为此，每次接到项目，蔡天明总要带领团队详细询问生产过程、工艺、排放方式等等，事无巨细都要了解掌握。“我们要看是什么污染物？在哪个环节产生的？量是多少？……有时，我们甚至比企业负责人还要了解自己企业的实际排污状况。”蔡天明说，只有这样，才能找到最优的环保解决方案。

　　此外，研究团队还自主创新了多项关键技术，如针对复杂有毒难降解废水特征污染物的多菌株协同处理技术、高浓度有机废水厌氧颗粒污泥培养驯化技术、化工污水中含氮有机物的生物强化降解及高效脱氮技术、高效菌株跟踪技术等等，以最大限度发挥环保“特种兵”们的作用。

　　他介绍，比如，高效菌株跟踪技术能够对目标微生物在开放系统中的定殖和生长情况进行动态跟踪研究，从而及时了解生物强化处理系统中微生物的种群特征及高效降解菌株的状况。这就好比在污水处理池里装了一双“眼睛”，可以实时监控并动态调整生化体系运行参数，以确保高效降解菌种可以稳定、有效地发挥作用。

　　“江苏是化工大省、工业大省，蔡天明团队研发的高效降解菌的应用对我省乃至全国整个化工行业的科学精准治污，意义深远。他们的研究成果已转化并应用到多个污染领域的治理，为化工行业的转型和高质量发展做出了突出贡献。”江苏省有关方面对蔡天明团队给予高度评价，并希望他们继续为化工行业治污攻坚克难培养出更多的“特种兵”，为江苏工业发展跑出“加速度”添劲赋能。（完）