口述︱中國科學技術(shù)大學 俞漢青教授
整理︱史方標 、劉秋琳
荷蘭Kluyver生物技術(shù)實驗室-脫氮除磷技術(shù)發(fā)展演義
實驗室是技術(shù)的搖籃和產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地。活性污泥法誕生百年來，就有一些著名的實驗室，憑借其優(yōu)秀的研發(fā)團隊及研發(fā)實力，成為了百年工藝的重要助力劑。今天，中國科學技術(shù)大學俞漢青教授為我們講述對活性污泥法有重要影響的實驗室之一——荷蘭Kluyver生物技術(shù)實驗室的故事。我們共同回顧這一段有趣的歷史，即：一個以基礎研究為主的實驗室怎樣因為一個人的到來成為了面向?qū)嶋H工程應用的頂級實驗室？anammox（厭氧氨氧化）技術(shù)又是怎樣從發(fā)現(xiàn)、基礎研究走向工程應用？該工藝又是如何僅借助小試和數(shù)學模型，就把理論導向了實際應用？
Kluyver生物技術(shù)實驗室是荷蘭戴爾福特理工大學(Delft University of Technology)的一個以生物技術(shù)為核心的實驗室，環(huán)境生物技術(shù)僅僅是其研究領域之一。其早先最突出的研究領域是應用微生物，至上世紀80年代，實驗室在生物技術(shù)前加上了“環(huán)境”二字，從此開始涉及環(huán)境領域。在這一過程中最有代表性的人物是喬納斯•歇斯布萊希特•昆倫（Johannes Gijsbrecht Kuenen），（以下簡稱Kuenen），他最重要的貢獻是在其指導下，其學生Mulder在實驗室首次發(fā)現(xiàn)了anammox（厭氧氨氧化）細菌，而后他們開始進行相關(guān)的基礎研究和機理研究，并逐漸過渡到實驗和工程應用領域。
在這之間還有一個非常重要的人物， Mike Jetten，他曾經(jīng)是Kuenen的助手。同Kuenen一樣，此人一開始從事的是基礎微生物學的研究，后來去了荷蘭內(nèi)梅亨大學(Radboud University Nijmegen)的生物系。其關(guān)于anammox的研究成果經(jīng)常發(fā)表于Science和Nature等頂級期刊。
如果按照這個趨勢發(fā)展，Kluyver實驗室及上述幾人或許會一直沿著微生物學的基礎研究進行下去。然而，一個人的到來將這一切改變，他就是我們所熟知的馬克•范•洛斯德萊特（Mark van Loosdrecht），水研究(Water Research)雜志的總編輯。Mark本來也是學純微生物學，在瓦赫林根大學的導師是以傳統(tǒng)微生物學的研究而聞名的Alexander Zehnder，Mark跟隨他主要做微生物的粘附研究。1988年Mark從瓦赫林根大學(Wageningen University)畢業(yè)去了戴爾福特理工大學，開始跟隨的并不是Kuenen，而是另外一個導師Sef Heijnen，主要研究代謝工程及模型，即怎樣通過微生物的多種物質(zhì)循環(huán)和代謝途徑將水中物質(zhì)分解。
在Mulder發(fā)現(xiàn)了anammox細菌之后，Kuenen和Jetten等人原本想將這一成果向科學研究方向發(fā)展，但Mark則堅定地將這一技術(shù)帶入工程應用領域。所以他后來的主要貢獻就是將anammox技術(shù)從實驗室小試放大到鹿特丹的生產(chǎn)線實驗。在這一過程中，他參與了活性污泥法數(shù)學模組的工作，并發(fā)揮了巨大作用。他和Heijnen一起發(fā)現(xiàn)了反硝化除磷，且在反硝化除磷的基礎上發(fā)展了BCFS工藝。這時Mark就將相關(guān)的數(shù)學模型和代謝研究的研究成果同荷蘭做廢水處理的兩家公司合作，并開始了污水廠的建設。這樣，在荷蘭BCFS工藝（即用反硝化作用除磷的工藝），就得到了發(fā)展。該工藝實際上是在UCT（開普敦處理）工藝基礎上改進而來，其將脫氮除磷和氧化溝結(jié)合，設計出一個同心圓結(jié)構(gòu)，該工藝后來在歐洲廣受推崇。此外，Mark和Heijnen還提出了若干個工藝，比如Sharon（亞消化）和Canon（即生物膜內(nèi)置脫氮）工藝。這些工藝發(fā)展的獨特思路是通過基礎研究，建立相應的數(shù)學模型，直接為工程的設計、研發(fā)和優(yōu)化服務。這一思路不同于我們習慣的小試-中試-生產(chǎn)性實驗-應用的路徑，通過數(shù)學模型的模擬和設計，跳過了其中的過度環(huán)節(jié)。這一系列脫氮除磷的處理工藝使Kluyver實驗室在污水處理界占有了重要的地位。當時恰逢80年代末、90年代初活性污泥法走向成熟之際，并且也有一些前人的模型作為基礎，這也是模型成功另一因素。
Kluyver實驗室（Kluyver Lab）
Kluyver實驗室專注于有機生命體、及生命體的各部分應用于工業(yè)生產(chǎn)過程相關(guān)的研究。環(huán)境微生物團隊是該實驗室知名的研究小組。該小組由海寧教授領銜的細胞工程團隊和生物分離技術(shù)團隊組成。研究團隊專注于開發(fā)和優(yōu)化用于廢物處理和產(chǎn)品合成的生化工藝。研究基于對自然界中元素的微生物和生物化學循環(huán)過程的探索。通過研究微生物體中的硫、氮、磷、鐵等元素及化合物的轉(zhuǎn)化過程，實現(xiàn)水、氣處理工藝的開發(fā)。
馬克•范•洛斯德萊特（Mark van Loosdrecht）
馬克•范•洛斯德萊特教授現(xiàn)任代爾夫特理工大學環(huán)境生物科技領域教授，并且是水業(yè)最具分量的期刊之一《水研究》雜志的總編輯。博士期間的研究方向為微生物學和膠體化學的結(jié)合。
洛斯德萊特教授于1988年開始任教。其研究因成功將復雜系統(tǒng)的學術(shù)知識和新興工藝的開發(fā)結(jié)合而聞名。其最為感興趣的領域包括生物膜工藝、微生物營養(yǎng)轉(zhuǎn)換過程、微生物生態(tài)中的起貯藏作用的高分子聚合物，以及污水處理和回用的新興系統(tǒng)等。其已成功轉(zhuǎn)化為商用技術(shù)的研究成果包括雪倫工藝（Sharon）、厭氧氨氧化工藝（Anammox）以及內(nèi)芮達工藝（Nereda）。
馬克•范•洛斯德萊特教授團隊于2012年被歐洲專利局提名“歐洲發(fā)明家獎”。這項提名旨在表彰他們與德和威(DHV)及荷蘭水務局共同開發(fā)的Nereda®水凈化技術(shù)。此項發(fā)明可以以四分之一的占用空間實現(xiàn)工業(yè)和市政污水的高效處理。
作為環(huán)境生物技術(shù)界最具影響力的學者之一，洛斯德萊特教授已致力于改善環(huán)境衰退以及廢棄資源回用二十余年。除獲得過“李光耀水獎”之外，他還因“對環(huán)境生物技術(shù)做出的杰出貢獻以及其在凈化科學，尤其是水凈化領域的眾多實際應用”，于2011年被蘇黎世理工學院的授予榮譽博士頭銜。
喬納斯•歇斯布萊希特•昆寧（Johannes Gijsbrecht Kuenen）
昆寧教授早年于格羅寧根大學學習化學，主修方向為生物化學。1972年，他在該學校獲得微生物學博士學位。之后，昆寧教授輾轉(zhuǎn)美國洛杉磯加州大學攻讀博士后，結(jié)業(yè)之后回到格羅寧根大學任高級講師。1980年，昆寧被代爾夫特理工大學聘為通用及應用微生物學教授。在該校，他參與在化學工程和材料科學系建立了生物技術(shù)小組，該小組于1982年同萊頓大學合作設立，代爾夫特-萊頓聯(lián)合生物科技研究中心（目前該機構(gòu)也吸收了瓦赫寧根大學的研究團隊）。
1980年起，昆寧教授的大部分時間任微生物學和酶化學學院主席。至1998年，代爾夫特理工大學生物科學學院成立，他即成為該院主席。
自1995至1998年，昆寧教授出任荷蘭微生物學學會會長。2003-2005年，他擔任克魯伊夫基因及工業(yè)發(fā)酵中心的技術(shù)總監(jiān)。在學術(shù)生涯內(nèi)，昆寧教授在國際期刊、教科書、及會議論文集中共發(fā)表文章190余篇，對微生物技術(shù)的基礎研究和教育工作作出了重要貢獻。在2004年，其被授予荷蘭獅子勛章并被封為騎士。2005年，他被選為美國微生物學會會員，并于次年因其對微生物生態(tài)學的卓越貢獻被授予吉姆泰潔獎（Jim Tiedje Award）。在2007年，又被授予環(huán)境微生物界的保潔獎（Procter & Gamble Award）。
昆寧自2005年退休起，開始擔任兼職教授，并且依然活躍于微生物學界。
