段寧：清潔生產研究的開拓者

文｜李 禾

段寧：清潔生產研究的開拓者

文｜李 禾

“很多年來，我一直想從事清潔生產的技術研發。因為清潔生產是一種創新性的思想，要求將整體預防的環境戰略持續應用于生產過程、產品和服務中，以增加生態效率和減少人類及環境的風險。”

段寧真是越來越忙了。他要么在清潔生產污染治理的第一線，要么在跟團隊其他人員研究相關課題，開會寫材料這是因為國家和公眾對環保，特別是對重金屬污染問題越來越重視。

段寧是中國工程院院士。他在1975年獲同濟大學環境工程專業學士學位；1981年獲清華大學環境工程專業碩士學位；1988年獲美國德州大學奧斯汀分校土木工程系博士學位。作為國務院政府特殊津貼專家，段寧多次榮獲國家和部級的科技進步獎。2003年獲教育部、科技部等六部委頒發的留學回國人員成就獎。

很多人都認為段寧是中國清潔生產研究的奠基人、開拓者，但段寧本人只是輕描淡寫地說：“很多年來，我一直想從事清潔生產的技術研發。因為清潔生產是一種創新性的思想，要求將整體預防的環境戰略持續應用于生產過程、產品和服務中，以增加生態效率和減少人類及環境的風險。也就是說在生產過程中，要求節約原材料和能源，淘汰有毒原材料，減降所有廢物的數量和毒性等。”

段寧

重金屬污染的研究者

由于以前對清潔生產重視不夠，近年來中國鉛、汞、鎘、砷等重金屬污染頻發，公眾熟知的就有云南陽宗海砷污染、山江蘇邳州砷污染、湖南瀏陽鎘污染、陜西鳳翔兒童血鉛超標、湖南武岡市錳鐵冶煉廠鉛污染等。

錳、鋅是國民經濟的重要基礎物質，錳是國家重要的戰略資源，素有“無錳不成鋼”之說。隨著現代工業的發展，錳、鋅在鋼鐵冶煉、電子技術、航天工業等各領域的應用呈急劇擴大之勢，尤其是在一些高新技術、航空航天和軍事工業中得到日益廣泛的應用。

中國電解錳產能與產量均占世界的98%以上，電解鋅產量連續十幾年位居世界首位。曾經非常著名的在湖南、重慶、貴州三省市交界的“錳三角”地區，電解錳行業發展迅猛。

段寧說，電解錳、鋅行業的發展對提升國民經濟、拉動地方經濟起到重要作用，但也造成了嚴重的環境污染和生態破壞。電解錳、鋅重金屬水污染嚴重的根本原因是生產流程工藝落后、設備簡陋。其現有末端治理技術或難以穩定達標，或成本過高，更無法解決操作環境對工人身體健康的危害。

于是，近年來段寧把很大部分精力和時間投入到“錳鋅濕法冶金行業重金屬水污染物過程減排成套工藝平臺”課題中來。經研究發現，電解車間是錳鋅行業重金屬廢水的主要來源，如年產3萬噸電解錳的企業，電解車間日產廢水達300立方左右，其中毒性巨大的六價鉻離子濃度高達300毫克/升、錳離子濃度高達2000毫克/升、氨氮濃度最高達13000毫克/升；年產10萬噸電解鋅企業，電解車間產生的泡板重金屬工業廢水中重金屬含量大大超過國家排放標準。

除了對環境污染的風險巨大，傳統的錳鋅冶煉技術對操作工人的健康危害也非常嚴重。段寧等通過對錳、鋅企業電解車間183個操作工人868個尿液、頭發和指甲樣品的分析發現，工人體內鎘、鉻、鉛、砷、錳、鋅、硒等含量超標嚴重。

電解錳鋅行業治理的領軍者

在段寧的辦公室里有一塊大黑板，上面寫著“全水質分析：硒、氨、鉻、鎂、錳錳渣制備建材過程中，化學成分、物理性質、變化規律以及有害物質控制方法”等字樣。

為了解決電解錳、鋅行業嚴重的重金屬水污染問題，國家水專項“河流水環境綜合整治技術研究與綜合示范”主題專門設立了“錳鋅濕法冶金行業重金屬水污染物過程減排成套工藝平臺”課題。段寧帶領課題組，經過多年科技攻關，在電解錳、鋅行業首次研發成功8項電解車間專用智能制造、自控消污等關鍵單項技術，以及以多功能機械手、出入槽精準定位為核心的多學科、大跨度、跨領域的多項單體集成技術，建設了與1萬噸電解鋅/年生產線相配套的示范工程；課題成果在世界最大電解錳企業寧夏天元錳業等企業應用，減污增效保護工人健康等效果良好。

錳鋅電解車間的重金屬廢水產生過程源頭多、面域大、流程長、移動性強。段寧帶領課題組深入車間一線，研發解決方案。他們根據先減量、再循環原則，綜合運用多相態污染物源解析和成因分析、水量平衡、金屬元素平衡、工序用時平衡、熱力學理論、電化學理論、數理統計模型和控制論正負反饋方法，創新性地研發了錳鋅電解車間無高壓水槍、無泡板槽、無廢水外排的清潔生產工藝流程，確定各工序減量百分比、循環百分比、各工序最佳用時和工藝流程總用時等控制性指標。

其中，以多功能機械手和出入槽精準定位為核心的多學科、大跨度、跨領域的多項單體技術集成技術，將原生產流水線上孤立分布的十幾個工序，有機集成為成套化大型自動化裝備，徹底取消了在電解錳、鋅行業電解車間使用了70多年的高壓水槍和100多年的泡板槽。

段寧說，以上述核心單體技術為基礎，在電解錳行業集成建設了與5000噸電解錳/年生產線相配套的工藝平臺示范工程一座，實現機械手運動誤差不超過正負2毫米，精確性大大提高。

示范工程的減排減污成果斐然。據估算，“電解錳行業重金屬水污染物過程減排成套工藝平臺”如能在全行業推廣，每年可消減重金屬廢水285萬立方、減排錳615噸、重鉻酸鉀791噸、氨氮2575噸，環境、經濟效益顯著。

讓段寧非常高興的是，“電解錳行業重金屬水污染物過程減排成套工藝平臺”是具有中國完全自主知識產權的大型成套裝備，屬世界首創，現已申請國家專利15項，實現了國內外電解錳行業電解車間現代化和自動化水平的重大突破。

迎來事業黃金期

作為新中國的同齡人，段寧認為自己的命運與國家的命運是緊緊聯系在一起的。在文革中他搞不了科研，只能上山下鄉到農村去。在三年自然災害中，他吃不飽、穿不暖，遭受磨難。

“這段經歷對我個人的生活、工作，甚至對身體和心理健康，都造成很大的影響。在文革結束后，國家恢復了研究生制度，我報考了清華大學環境工程專業碩士。在中共十一屆三中全會后，國家實施了改革開放，我遇到了前所未有的機遇，獲得了去美國留學的機會，在德克薩斯州立大學奧斯汀分校攻讀博士學位，并擔任助理研究員。”段寧說。

1983年，段寧來到美國，那正是美國經濟高速成長時期，如果段寧想留在美國非常容易。“從出國的第一天起，我就沒有留在國外的念頭。我甚至都沒有時間參加自己的博士畢業典禮。”段寧說。

“我剛完成博士論文答辯，知道自己已經通過，就接到當時中國環境科學研究院老院長的電話，希望我盡快回國參與工作，于是我馬上就回來了。”當被問及是否有遺憾時，段寧搖搖頭說：“我當時就想著學成后回國效勞。現在也覺得還是這個最重要，個人的一點小事情算不了什么。”

1988年，段寧回國時，國家對科研單位改革開放的政策出現了“曲線”，大力鼓勵科研單位下海，開展認證等市場活動，段寧沒有經費搞科研，“記得那年的冬季很冷，但中國環境科學院沒有錢，供暖公司停止供暖，就自己燒鍋爐，但煤也只夠燒三五天的。”段寧說。

經過多年的不斷探索，國家對社會公益性的項目和科研單位有了更準確的定位，對環境科學和清潔生產認識也越來越清醒、越來越重視。

段寧微笑著說，“從2001年開始，國家科技部對社會公益性科研單位進行重大體制改革，建立了創新基地，對創新能力比較強、科技水平比較高的科研人員，在政策、項目和經費上給予支持。由于環境測試、分析、監測污染等沒有實驗室不行，我們實驗室的經費也在增加，中國環境科學院的科技支撐能力在不斷增強。”而段寧本人也迎來了他清潔生產研究、實踐的黃金時期。

段寧的辦公桌上擺放著一頭牛的木雕，后肢彎曲、前肢正要向上發力、牛頭上仰，讓人不由地想起“老驥伏櫪志在千里”。

李禾 科技日報記者