编者按：

    2月22号晚，马军院士与22L0407班学生在城市水资源与水环境国家重点实验室611室开展座谈会。经现场记录和会后整合，我们梳理了14位同学的提问和马军院士的解答，现与大家一起分享。

马军老师与参会同学合影
 

    中国工程院院士、哈尔滨工业大学环境学院教授、博士生导师马军老师受邀参加了22L0407班级座谈会,讲述环境领域学科发展。座谈会中，马老师的渊博学识和对专业发展的宏大蓝图让大家受益匪浅。马老师讲述了自己选择给排水专业的初衷，对环境专业的现状与发展给出了深刻的见解，并针对新时代环境学子的问题提出了自己的建议和期许。

马军老师与同学们展开座谈
 

提问交流摘要

    1.请问马老师如何克服科研中遇到的困难？

    2.请问马老师提到的检测水中丙烯酰胺单体的反应器是如何做的？

    3.有没有水环境和人体结合的、像肾脏一样处理废水的系统？

    4.改变企业生产以单纯突出效益为主的理念和开发环境保护的技术相比，哪个更重要？

    5.纳米材料的目前应用和未来发展前景如何？

    6.科研生活是什么样子？做科研需要哪些能力和素养？

    7.想具体了解一下马老师高中时给家里做的燃烧器？

    8. 双碳课题是否会涉及新能源和化石能源的问题？

马军老师与同学们展开亲切交流
 

    1、金吉东：在学术和科研中一定会遇到很多坎坷，请问老师是如何克服困难的、一步一步坚持下来的？

马院士：

    科学研究中一定会遇到困难，但要时刻坚定理想信念，并应主动学习、主动交流，不断积累知识，夯实基础。我读本科和研究生期间，每个假期都会尽早回校，经常去省、市图书馆，待在那儿看杂书。上大学，本专业知识要学，专业之外的知识也要浏览。往往一个专业进去，逐渐了解与掌握交叉学科知识与技能，并养成主动学习与积极探索的习惯。我认为，不断克服困难的过程就是逐渐学习和提高的过程。另外，知识面要逐渐拓宽，在工作与研究中主动学习新知识，开展交叉学科方面的研究工作。此外，还要有团队精神，主动与不同学术背景的人合作，互相学习，优势互补，这样可以快速地解决问题，在较短时间内掌握更多的交叉学科知识。培养动手能力也很重要，自身的直接经验积累有利于培养创造能力，产生创新灵感，通过自己亲自动手制作各种设备可最直接地体验“失败”，更深层次地理解“失败”，并通过总结“失败”经验，产生多种差异化的进展和更多创新性解决方案。中学时，我把课程内容学完之后，就自己去动手实践，经常主动跑去工厂学习，看人家的车床铣床刨床都是怎么工作的，回来之后我就自己做了个简易的手摇车床，用它来加工木材。我在中学时期还曾经利用沥青的加热和冷却粘度变化性质将其作为粘结木工卯榫的材料，后来才知道有动物胶等更好的粘结卯榫的材料。大家也要敢于实践，不要怕失败，不断请教，虚心学习。读研究生时，我自己骑三轮车到松花江取水样；还曾主动去做咨询来筹集购买检测试剂的费用。此外，研究中用的反应器也是我自己制作的，那时候困难虽然很多，但好像都被克服了。克服困难的过程是逆水行舟的过程，是逐渐积累直接经验的过程，也是寻找新的机会的过程，更是遇到新机遇的过程。 

    2、宋敬源：马老师刚才提到的检测水中丙烯酰胺单体的反应器是怎样做的？

马院士：

    给排水和环境专业常用高分子絮凝剂——聚丙烯酰胺来净水，特别是在处理高浊度水时，常用它做絮凝剂。但丙烯酰胺单体有毒，因此导师交给我一个任务，让我想办法去除水中的丙烯酰胺单体。首先遇到的问题是微量丙烯酰胺单体的测定方法，初期我试图通过测双键去测定丙烯酰胺单体，但发现检出限太高。后来查阅文献时发现国内前人曾建立了利用电子捕获检测器测定微量丙烯酰胺单体的方法，但准确度不高，加标回收率只有35%。

    因此，我首先采用溴代方法合成溴代丙酰胺，用它做测定方法的标样，这样就可以利用实验室电子捕获检测器设备来检测微量丙烯酰胺单体。我找来木板等原料自己制作了一个光催化反应器，在紫外光照下进行反应。通过预处理，将测定方法的加标回收率从35%提高到94~95%，检出限达到1微克/升以下。硕士期间建立有机物测定方法帮助我熟悉了有机物的分析监测过程，更重要的是让我明白要勤动手，多摸索，别怕失败的道理。

马军老师平时与同学们交流讨论 
 

    3、黄瑞轩：您刚才提到进入一个专业，从多个专业出来。领域的交叉可以诞生出新的成果，专业之余，我对人体和生物感兴趣，人体内有完整的环境，有没有水环境和人体挂钩的，像肾脏一样处理废水的系统？

马院士：

    仿生是非常有前景的方向。例如，有一种污水处理模式就是仿人的胃，因为胃的工作模式很像污水处理系统，食物进入胃里后，在酶的作用下作为底物被降解，然后被小肠吸收营养物，污水处理可以依据仿生原理来优化。

    还有就是肾的仿生技术，肾可以不断地更新，自我修复。利用肾的作用原理可以研究具有超高透水率的膜。这就是仿生膜，它能够在低压下高通量运行，工作模式很类似人的肾。

    目前，人们已经仿照昆虫研究出了微型飞机。未来，仿生一定是一个非常重要的研究方向。通过研究生物的相关机制与工作原理，开发出具有特殊功能的装备。学习的过程实际上就是不断探索，跟别人交流的过程，要跟懂的人去交流、去学习。

马军老师团队参照斑马鱼骨骼结构所制备的MOF膜，用于海水淡化 （https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119327）

    4、冯剑涛：我在网上看到新闻，对于一些工厂，有需求去处理污水排放。但污水排放需要投入大量的资金。在这一方面，改变企业生产以单纯突出效益为主的理念和开发环境保护的技术相比，哪个更重要？

马院士：

    从长远角度来看，开发水资源及环境保护技术是实现人类可持续发展的先决条件，是非常重要的。水是生命之源，是人类生存与发展的物质基础，随着社会的进步和人口的增长，对水资源的需求和对水质标准的要求都在逐渐提高。水资源的短缺和水质恶化必将影响人类的健康、环境的稳定以及经济的可持续发展。

    1978年改革开放以后，我国经济开始快速发展，在这之前工业发展速度相对较慢，环境污染也不重。早期提出的“谁污染谁治理”的环境保护策略主要采用的是“环境治理”的思路，其本质是末端治理。但双碳背景下末端治理的问题逐渐凸显：将所有废物都排入下水道，会在排水系统中产生大量的甲烷和氧化亚氮等温室气体。如果城镇大量的有机营养物集中排放到污水处理厂，那么处理成本会很高，而且产生的污泥也不易回田，是导致污水处理的综合成本高、碳排放量大的主要原因。

    未来城市排水系统规划与发展是实现双碳目标的一个战略课题。要加强前端污染减排与资源回收，发展减污降碳与资源循环利用技术，通过膜分离技术在源头回收资源。目前我们课题组在研究陶瓷膜、高分子膜、石墨烯膜、不锈钢膜、碳膜等，就是希望利用这些绿色膜分离技术在源头上将资源回收利用，可以明显降低污染治理综合成本，实现投入向收益的转变。

用于源头减污降碳与资源循环利用的功能化陶瓷膜
 

    5、宋敬源：纳米材料现在用得怎么样？今后的发展潜力怎么样？

马院士：

    纳米材料发展潜力巨大。我们团队利用纳米材料制备的高性能分离膜可以用于资源回收，也可以促进水资源的循环利用。例如，我们团队利用纳米材料界面特性，制备出抗污染、抗氧化、低能耗、高通量的反渗透膜，可以用于苦咸水处理、海水淡化、浓盐水处理等。此外，纳米材料还能够高效地催化分解水中的污染物，我们团队开发出一系列功能化纳米催化材料，用于臭氧催化氧化等高级氧化工艺中，大幅度地提高了水中有机污染物的分解效率，实现污水资源的循环利用。

    此外，纳米材料还可以用于绿色建筑、低能耗建筑领域。城市人口密集、工业集中、硬地面多，热岛效应显著，加上大量地使用空调进行降温，导致室外温度升高，从而影响城市降雨强度，甚至出现冰雹等灾害。因此，急迫需要不消耗能源的降温技术。我们和能源、供热、材料、物理、化学等多学科背景教师和学生的密切合作，开展交叉学科研究，逐渐开发出无动力降温涂层，用于制造建筑隔热、降温制冷。例如，养鸡、养牛都怕高温，制冷涂层就可以用于鸡舍和牛舍从而实现无动力降温。此外，制冷涂层也可以应用于楼宇、粮库、道路、厂房、桥梁等领域。例如，桥梁主梁和桥墩温差大时容易产生开裂现象，维护成本极高，若采用制冷涂层可以防止局部高温，从而保护桥墩。该交叉学科研究成果可能通过降低空调使用频率实现降低城市热岛效应、控制温室气体排放、改善城市微气候环境的目的，为城市生态环境可持续发展提供技术支撑。

    科技驱动发展，科技进步产生新的发展机遇。科学研究应不断地引领行业发展，通过技术创新就能产生无限的发展空间。

马军老师团队在楼房建筑屋顶用纳米材料涂料涂覆辐射制冷降温膜
 

马军老师团队研究出的降温玻璃（仅有1层薄膜，淡蓝色）
 

    6、闫松：老师我想问的是，科研生活是什么样子？做科研需要的能力和素养是什么？

马院士：

    我认为，学生要有理想、抱负、追求，要有信念。我从小就觉得要干一番事业，那么这个事业是什么？当时的我也很迷茫，也不知道方向在哪。

    中学时，我想学数学，因为当时有陈景润、华罗庚等数学家为榜样，我很崇拜他们，所以我想要学好数学，以后从事这方面工作。后来，在班主任推荐下我选择了学习给排水专业。在入学的第一天，本专业主要教师都出席了在土木楼302大教室召开的专业介绍会，听取了老教授介绍的哈工大给排水专业的发展历史，了解到给排水专业的发展潜力和哈工大给排水专业的学科实力之后，深深地被它吸引。随着经济与工业发展，环境问题日益凸显，学科内容范围也不断拓宽，最近又面临碳达峰和碳中和新的发展机遇，环境学院的学科可做的工作更多，学科任务更加艰巨。接触到新机遇后，才会发现有这么多的发展机会，给排水和环境学科既需要数学，也需要物理、力学、流体等知识，更需要化学和生物、材料方面的知识；环境工艺需要机电、控制和计算机方面的知识。你想做多深就可以做多深，你想做多大就能做多大，很有发展潜力，也特别有趣。近年来，生态环境保护和“碳达峰、碳中和”等战略赋予了环境学院学科新的发展内涵，使给排水和环境学科的范围被显著拓宽，具有更大的发展潜力。

    科研素质是逐渐培养起来的，既要有远大的理想抱负和发展目标，又要具备严谨求实、踏实肯干的素质。一些基础原本不是很好的学生最后也在哈工大发展得非常好，成为了非常优秀的博士。哈工大环境学院毕业生中诞生了七位院士，足以说明这里的土壤能够为人才培养提供优良条件和学术氛围。同学们要珍惜在哈工大学习的机会，在这样优异的环境和土壤条件下，只要肯干就能变成人才。

    7、再努热：老师您好，您能不能讲一下刚刚提到的高中时期给家里做燃烧器的故事？

马院士：

    小时候，家里的烟囱经常冒黑烟，我查阅相关的书籍，推测这应该是燃烧不充分导致的。 

    大家都知道，东北家里有火炕，还有炉子和火墙。当我打开火炕后，发现里面全是黑的。为解决这个问题，我做了一个大胆的尝试：在燃烧炉灶的出口处开了一道缝儿，让空气能够进去，进而产生二次燃烧。这样使得火炕里的煤焦油都完全燃烧了，所以黑烟也完全没有了。

    这个炉灶是我中学时期做的，直到现在印象还很深刻，我仍然觉得这个技术可以在全国推广应用，特别是广大农村可以通过炉灶的简易更新有望显著地减少大气的面源污染。生活中，大家应该细致观察，大胆尝试，不怕失败，往往一些失败反而是后续发展的机遇。

座谈会上同学们踊跃发言
 

    8、买地那：发现您研究了很多关于碳达峰和碳中和的课题，请问这些研究中会不会涉及新能源和化石能源这些能源方面的问题？

马院士：

    化石能源是有限的，但是化石能源到底怎么来的，还需要深入的科学探索。

    地球海洋里的生物量是最大的，太阳能可以通过海洋生物链进入并储存在各种海洋生物中，这些生物可能与化石能源的形成有关。太阳能通过光合作用被藻类利用，然后产生的藻类等有机成分经过生物链累积储存到各类生物中，最后有可能在某些条件下通过某种途径进入到地球内部，在高温高压下重新反应形成新的能源。

    我们专业和能源关系非常密切。例如水本身具有储能特性，水分子通过氢键相互作用，因此水的相变热很高，从而具有储能功能，目前国际上最成功的储能方式应该是利用水的势能和动能转换实现能源的峰谷调节。环境过程也是吸热或者放热的过程，如何利用环境中的余热？污水中也有余热，工业生产过程也产生大量余热，垃圾焚烧过程也有余热，按需求调节热量变化并充分利用余热是十分有意义的。此外，物质本身具有内能，物质转化过程中会放出热量。生物质燃烧过程中会放出热量，生物质可转化成甲烷和氢，本身就是战略能源。水电解可以产氢，是今后很有前景的绿色能源。因此给排水和环境领域的研究人员在工作中经常会遇到能源利用问题。关于能源方面还有一些例子，尽管目前很多人研究锂电池，但我们国家锂矿资源很少，手机用锂电池可以，但大规模房屋储能用锂电池显然不够。我们团队利用水质净化原理，以地球中较为丰富的资源为原料做出一种储能电池，安全可靠，而且性能非常好。当然，利用水进行储能的方法有很多，可以利用水的相变热和四季温度的变化实现能量的储存和释放。只要对事物了解得足够透彻，总能找到能够利用它的地方。

哈尔滨工业大学环境学院

城市水资源与水环境国家重点实验室（哈尔滨工业大学）

城市水资源开发利用(北方)国家工程研究中心

（哈尔滨工业大学）