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把一生的爱献给科学和环保事业

——访中国工程院院士汤鸿霄校友

商艳凯

第一次看到汤鸿霄院士的名字,是在我校市政学院网站的“杰出校友”一栏。原本是抱着随意浏览的心情打开网页,却不经意间被汤鸿霄院士的出生地吸引了。“河北徐水”,生我养我的地方,汤鸿霄院士竟然是我的家乡人!抑制不住内心激动的我,立刻跑去跟领导汇报:“我要采访杰出校友、中国科学院生态环境研究中心学术委员会主任汤鸿霄院士。”

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汤鸿霄院士作学术报告(资料片)

  在市政学院办公室有关人员的帮助下,我顺利地联系上了汤鸿霄院士的秘书,并在一个下午跟汤鸿霄院士通了电话。电话那头传来一位慈祥老人的声音,我向汤鸿霄院士表明了要到北京采访他的意思,他欣然地接受了,并和我约定了时间。

  5月的北京,一个大雨滂沱的上午,我如约来到汤鸿霄院士所住的中科院家属楼,怀着一种激动和崇敬的心情对这位虽已至耄耋之年却依然精神矍铄的老人进行了专访。

终生难忘的母校时光

  作为哈工大的杰出校友,我们的谈话自然从汤鸿霄院士与母校的情缘说起。

  说到汤鸿霄院士为什么选择报考哈工大并走上科学研究之路,这要追溯到他少年时期的苦难经历。1931年出生的汤鸿霄在日本侵略统治下的北平读完了小学和中学。目睹着国家和民众遭受的种种屈辱,加之家境从小康走向贫困,他幼小的心里埋下了为国家强盛和民族复兴而发奋的种子。在刻苦学习之余,读书成了他最大的乐趣。从《古文观止》到武侠小说,从安徒生童话到欧美小说,他涉猎甚广。汤鸿霄院士笑言,那时的自己对于自然科学并不是特别“感冒”,只记得曾经按《中学生》杂志的一篇介绍制作过一台简易的水滴显微镜玩具,用来观察蚂蚁、花叶等放大数十倍的微观形象很是惊奇,算是最早的科学体验。

  新中国成立前,怀着一腔热血的汤鸿霄和当时的爱国青年一样,积极投身到北平的一些进步活动中。北平解放后不到半年,他就光荣地加入了中国共产党。1950年,高中毕业的汤鸿霄面临着人生的第一次重要选择:是像很多青年一样随军参加南下工作团,还是报考大学支援国家建设?“当时正赶上苏联援建中国两所大学,文科是中国人民大学,工科是在东北的哈尔滨工业大学。我在参加祖国经济建设的热情鼓舞下,与一批同学考入哈工大,来到正逢建设高潮的工业基地哈尔滨,从此走上了一生以科技为事业的道路。”汤鸿霄回忆道。

  带着科技报国的梦想,汤鸿霄踏进了哈工大的校门。让他印象深刻的是,由于正处在抗美援朝时期,学校上下时常挖防空壕、支前炒面,但学习上课仍然坚持进行。那时的哈工大完全执行苏联的教学计划,在一年预科俄文学习后,进入五年制本科专业学习。课程大部分是由苏联专家或本地俄罗斯教师以俄文讲授,教材也全部是由俄文编写的。也正是从那时起,他开始接受系统的自然科技教育。

  最初,他被分配到采矿系,除基础课外,要花大量时间背诵矿物结晶构造名称,还要到鞍山钢厂实习大地测绘。后来正值全国高校院系调整,汤鸿霄所在的班级又全部变换到地质系。半年后,他又被调整到土木系并成为全国最早成立的给水排水工程专业的一名学生。回忆起这段有点频繁的转换专业的经历,汤鸿霄笑着说道:“那时学习何种专业完全听从分配,并且要进行热爱专业的教育活动。记得全班还表演过一首集体诗朗诵节目,由我担任领诵,说‘没有水就没有生命,电灯不会亮,机器也停止转动……’等等,后来还参加全市文艺会演得了奖。”

  在他的记忆中,苏联的教学计划十分庞大,课程除给水排水工程系列和基础化学、微生物学外,从材料力学到结构力学,从机械零件到建筑施工,土木类课程几乎无所不包,还有多次工厂工地实习,再加上前面学过的地质矿冶有关课程,使自己接触到了现代工程技术的多个侧面。更可贵的是,大学期间,身兼多种职务和工作的汤鸿霄学习成绩记分册上大部分仍是5分和4分,毕业时按苏联体制获得工程师资格。“回顾大学通才与专业相结合的教育过程仍感觉受益匪浅,这也为我后来适应广泛综合的环境学科预设了一定基础知识,可以算是我走上分析与综合科技途径的启蒙阶段。”汤鸿霄对母校的培养充满了感激之情。

  1958年,大学毕业的汤鸿霄留校,成为一名专业课教师。工作之初,他曾经带领一队学生承包一个工业厂房的水暖管道系统安装,学会了不少钳工技巧,也曾到城市水处理厂参加运行值班数月。有一次值夜班时,一位技术员发生了严重的工伤事故,这让他意识到了工程实践与科学研究的区别,以前毕业设计绘制给水处理厂设施只能算是“纸上谈兵”,真正实践起来可要复杂得多。后来,根据教学需要,教研室分配他主讲“水化学与水微生物学”课程。这次从工程技术领域到基础学科的转向,为汤鸿霄日后走上多学科边缘交汇的“环境工程”和“环境水质学”这一学科的道路奠定了基础。为了讲好这门课,他又进修了各门化学化工课程和实验操作技术。

  “水化学及水微生物学”是苏联教学计划中的一门专业基础课,有固定的教科书和教学大纲,其中水化学内容主要是水质分析方法和相关的基础化学知识,哈工大贝有为、沈玉如合编的教材于1959年出版,与苏联教材基本类似。随着水处理工程技术的进展,所涉及的各门化学知识更加深入复杂,远不只限于水质分析方法,这就要求教学内容相应进行更新。在有所增改的前提下,汤鸿霄主编了新的《水化学及水微生物学》教材,内容包括了天然水及污水的化学反应过程,水质分析原理及操作方法,并有水质处理工程涉及的化学原理。作为1959年“教育革命”的成果,该书以高等学校试用教科书名义于1961年出版,并成为1964年在上海召开的全国高教会议通过的《水化学及水微生物学》通用教学大纲的基础。

  “教育革命”的深入发展要求建立中国自己的教学体制。汤鸿霄对水化学这一课程进行了大胆创新,先后提出了《给水排水化学》《用水废水化学》的大纲和讲义,进行了几个学期的教学实践。在“文化大革命”后期艰难的条件下,他又进一步整理教学资料编写了《用水废水化学基础》一书,于1979年出版。这本近900页的教学参考书连续3次印刷,发行3万余册,成为当时少见的科技畅销书。对这本畅销书,汤鸿霄这样评价:“这一方面反映‘文化大革命’后社会对教育和知识的迫切需求,也说明该书在工程实践的基础上广泛综合多学科,建立了一个有特色的、创新的水化学体系,其中对若干有关水质的基本概念也具有更明确的诠释。”  

永不停歇的科学研究之路

  1977年,汤鸿霄被调入中国科学院环境化学研究所,即现在的生态环境研究中心,专门从事科学研究工作,主要研究方向是自然环境中水体重金属的污染评价和防治。当时正是我国“文化大革命”后开始转入经济建设时期,环境保护问题随之提上日程。而对于此前一直致力于水化学研究和教学工作的汤鸿霄来说,面对这样一个全新的领域,他所能做的只有接受挑战,用他的话说就是,“开始了再度扩大知识领域的历程”。

  在前后15年间,他与众多同行一起,连续参加或主持了天津蓟运河汞污染、湖南湘江镉污染、江西鄱阳湖铜污染等重大科研项目。特别是江西德兴铜矿对鄱阳湖的污染及生态效应研究,号称中国最大露天铜矿对最大淡水湖的环境污染评价,是联合国教科文组织所属同德国合作的国际科研项目。作为主要负责人,他与刘静宜等一起组成中外学者数十人的集体,在7年时间里,数次到德国考察谈判,多次往来于几百公里的江面和山路上进行勘查,在大雨中驾小船采集河底沉积物孔隙水和生物样品,以现代仪器分析测试,数据信息输入计算机进行模式计算,绘出区域预报图等等,在这广阔领域的磨炼中不断增长技能和积累知识。“直到完成科研任务,通过国际验收,才感觉到大规模环境生态评价这一系统工程的科技分量。”汤鸿霄说。

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  经过十几年的学习和实践,他开辟了重金属污染水化学这块园地,对水体颗粒物吸附的界面化学有了较深入的领会,也促成他把自然环境与工艺过程的化学原理融合为统一体系的“环境水质学”构思。他提出了一个把环境保护作为人体的比喻。他认为,地学是骨骼架构,生物学是肌肉躯体,化学是血液循环,工程是四肢行动。这一比喻形象地阐释了化学在环境学科中的地位和重要性。

  1984~1985年,汤鸿霄以访问学者的身份到瑞士水资源与水污染控制研究所(现为环境科学与技术研究所)工作。这是世界著名的水科学研究中心,直接指导他研究工作的是水化学国际权威学者W·斯塔姆教授。他是号称“环境诺贝尔奖”的泰勒奖得主,所著《天然水体化学》一书成为各国环境学者必读的经典著作。在他的指导下,汤鸿霄进行无机高分子絮凝剂的研究,发表的论文提出了水解度的新概念和计算方法。访问期间,斯塔姆教授热情地建议把他的著作和学派介绍到中国。回国后,汤鸿霄主持翻译,并于1987年出版了《天然水体化学(第二版)》中文版,对我国环境界产生了很好的影响。

  1988年起,汤鸿霄承担起了组建“环境水化学国家重点实验室(SKLEAC)”的任务,这为他提供了将学科上的构思变为科研实体的可能性。他提出的实验室组成模式在学科上包含化学、地学、生态、信息计算和工程技术等各个方面,体现了把天然水体与水处理工艺中的环境水质学融为一体的学术思想,把现代水质科学基础和水质转化高效技术的前沿研究作为具体目标,仪器设备的布局也围绕着综合整体。这一新颖的多学科边缘交汇的方案在中国科学院和国家计委组织的多次专家评议中获得好评,中标通过。在世界银行贷款的支持下,该实验室于1995年完成建设,通过国家验收。实验室产生的研究成果受到众多国外学者的赞许,已逐步在国际同行中产生影响。

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  早在20世纪60年代,汤鸿霄就开始了对水处理絮凝理论的探讨。“文化大革命”后期,他在我国最早启动无机高分子絮凝剂的研制,并在长春水厂建成药剂工厂,系统生产制造无机高分子聚合铝,得到国家建委和情报研究所的重点支持,其成果获得后来的“全国科学大会奖”。1980年,他带领课题组进行了集中的基础实验研究,在理论和工艺上都有新进展,研制的稳定化聚合氯化铁已有外国公司来洽谈技术转让。1993年,他主持的联合组承担了由香港公司合资兴建聚合氯化铝生产厂的技术全权任务。这个厂的规模和现代化程度上都居国内前列,全部采用国产设备,喷雾干燥固化粉末产品达到与日本同等水平。该厂生产的产品行销国内外。在此领域中,他前后指导了十几名研究生,发展了复合絮凝剂的基本原理,也指导了几处生产厂的建设。

  汤鸿霄深刻地认识到,发展一门高新技术需要4部分专业知识:基础(科学理论)、应用基础(工艺流程)、应用(设计施工)和生产(运行维护)。1996年,他主持一项国家科技攻关项目,把絮凝剂、反应器、自动控制投药的高效集成列为新的目标,并在北京市第九水厂建立了现场中试系统。这种系统表明,可以更充分发挥新型絮凝剂的优异性能,它的最终完成将会对水处理工艺起到变革的作用。经过多年的研究和实践,他带领研究团队在无机高分子絮凝剂这一领域,从理论研究、品种开发、生产工艺到工程应用,形成了一条龙的研究链,取得了居于国内外前列的成果。凭借这一系列研究成果,他在2004年获得国家科技进步奖二等奖。

  与此同时,他在水体颗粒物和微界面水质过程的方向上也开展了多方面的基础和实用研究,在悬浮沉积物的表面特征、质量评价、吸附、界面催化、絮凝过程,酸雨水化学,地下水放射性污染,螯合纤维等诸多方面都结合应用表面配位理论及计算模式进行探索,发表的SCI文章已有20余篇。值得一提的是,1998年,环境权威期刊ES & T发表了汤鸿霄团队的研究论文,该论文对天然水体颗粒物进行3种吸附模式的计算比较并得出评价意见,这在当时文献中尚属首次。由于被引用较多且完全由中国学者完成,该论文入选美国科学信息研究所(ISI)世界1 000SCI经典论文奖。

  在汤鸿霄看来,21世纪以来,环境科学与技术有两大新的发展趋势,即环境分子科学和环境纳米技术。微界面与纳米科学的观念紧密相连、相辅相成,环境治理应用纳米材料将成为新一代技术特征,而纳米颗粒物却又成为影响生态的污染物质。实际上,原有的天然和人为污染物已有许多纳米物质特征,新生的纳米材料不过是一种强化制品加入污染物的种群。基于这一认识,他提出了环境纳米污染物(ENP)的总体概念,并开展了其生态效应的初步实验研究。如今,已年过80岁的汤鸿霄院士仍然壮心不已,开始实施他在更大领域综合微界面水质过程的设想。

   

  汤鸿霄院士在一篇题为《分析实践与综合集成,科学探索持续创新之路——我的回忆与思考》的自述中这样写道:“人们对客观事物和现象的科学认知,首先是感观体验实践,进而鉴定分析达到量化,然后在概念和数据的基础上综合集成而提高到规律化。在分析实践的基础上综合,在综合集成的引导下分析,周而复始螺旋上升,这是科学技术发展创新的必由之路。回忆我一生曲折走过的学习和探索的历程,其轨迹也离不开这条途径。我的性格比较内向,勤于思考而缓于行动,兴趣广泛而爱好文史与文艺,但国家的经济建设和工程专业教育却把我推上科学技术探索的前线,成为环境科技研究的职业工作者,并沿此道路走过一生。”这段话道出了汤鸿霄院士对科学、对环保事业一生的追求和热爱。

  不知不觉中,我和汤鸿霄院士已经聊了一个多小时。从对母校学习生活的回忆聊到所从事的科学研究工作,更多的时候我主要是作为一个倾听者,而就在与面前这位慈祥、安静的老者的交谈中,我学会了很多,也感悟了很多。正如汤鸿霄院士所说:“人生有涯,学习和创新是无止境的。科学和技术的发展是人类群体绵延集成的事业,个人的作为恐怕不及大海中的一滴。”这又何尝不是一种极高的人生境界呢?

  专访临近结束,我问汤鸿霄院士:“您是怎么理解中国梦的?您的梦想又是什么呢?”他笑了笑,说道:“每个人对中国梦的理解都不一样,在我看来,要实现中国梦,就是要达到国富民强,把民生工程搞好,让老百姓过上真正的小康生活。至于我个人的梦想,因为我是从事环境科学研究的,我希望可以通过自己的努力,为建设一个山清水秀的美丽中国尽自己的一份力量。”