段宁：清洁生产研究的开拓者

文｜李 禾

段宁：清洁生产研究的开拓者

文｜李 禾

“很多年来，我一直想从事清洁生产的技术研发。因为清洁生产是一种创新性的思想，要求将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。”

段宁真是越来越忙了。他要么在清洁生产污染治理的第一线，要么在跟团队其他人员研究相关课题，开会写材料这是因为国家和公众对环保，特别是对重金属污染问题越来越重视。

段宁是中国工程院院士。他在1975年获同济大学环境工程专业学士学位；1981年获清华大学环境工程专业硕士学位；1988年获美国德州大学奥斯汀分校土木工程系博士学位。作为国务院政府特殊津贴专家，段宁多次荣获国家和部级的科技进步奖。2003年获教育部、科技部等六部委颁发的留学回国人员成就奖。

很多人都认为段宁是中国清洁生产研究的奠基人、开拓者，但段宁本人只是轻描淡写地说：“很多年来，我一直想从事清洁生产的技术研发。因为清洁生产是一种创新性的思想，要求将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。也就是说在生产过程中，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减降所有废物的数量和毒性等。”

段宁

重金属污染的研究者

由于以前对清洁生产重视不够，近年来中国铅、汞、镉、砷等重金属污染频发，公众熟知的就有云南阳宗海砷污染、山江苏邳州砷污染、湖南浏阳镉污染、陕西凤翔儿童血铅超标、湖南武冈市锰铁冶炼厂铅污染等。

锰、锌是国民经济的重要基础物质，锰是国家重要的战略资源，素有“无锰不成钢”之说。随着现代工业的发展，锰、锌在钢铁冶炼、电子技术、航天工业等各领域的应用呈急剧扩大之势，尤其是在一些高新技术、航空航天和军事工业中得到日益广泛的应用。

中国电解锰产能与产量均占世界的98%以上，电解锌产量连续十几年位居世界首位。曾经非常著名的在湖南、重庆、贵州三省市交界的“锰三角”地区，电解锰行业发展迅猛。

段宁说，电解锰、锌行业的发展对提升国民经济、拉动地方经济起到重要作用，但也造成了严重的环境污染和生态破坏。电解锰、锌重金属水污染严重的根本原因是生产流程工艺落后、设备简陋。其现有末端治理技术或难以稳定达标，或成本过高，更无法解决操作环境对工人身体健康的危害。

于是，近年来段宁把很大部分精力和时间投入到“锰锌湿法冶金行业重金属水污染物过程减排成套工艺平台”课题中来。经研究发现，电解车间是锰锌行业重金属废水的主要来源，如年产3万吨电解锰的企业，电解车间日产废水达300立方左右，其中毒性巨大的六价铬离子浓度高达300毫克/升、锰离子浓度高达2000毫克/升、氨氮浓度最高达13000毫克/升；年产10万吨电解锌企业，电解车间产生的泡板重金属工业废水中重金属含量大大超过国家排放标准。

除了对环境污染的风险巨大，传统的锰锌冶炼技术对操作工人的健康危害也非常严重。段宁等通过对锰、锌企业电解车间183个操作工人868个尿液、头发和指甲样品的分析发现，工人体内镉、铬、铅、砷、锰、锌、硒等含量超标严重。

电解锰锌行业治理的领军者

在段宁的办公室里有一块大黑板，上面写着“全水质分析：硒、氨、铬、镁、锰锰渣制备建材过程中，化学成分、物理性质、变化规律以及有害物质控制方法”等字样。

为了解决电解锰、锌行业严重的重金属水污染问题，国家水专项“河流水环境综合整治技术研究与综合示范”主题专门设立了“锰锌湿法冶金行业重金属水污染物过程减排成套工艺平台”课题。段宁带领课题组，经过多年科技攻关，在电解锰、锌行业首次研发成功8项电解车间专用智能制造、自控消污等关键单项技术，以及以多功能机械手、出入槽精准定位为核心的多学科、大跨度、跨领域的多项单体集成技术，建设了与1万吨电解锌/年生产线相配套的示范工程；课题成果在世界最大电解锰企业宁夏天元锰业等企业应用，减污增效保护工人健康等效果良好。

锰锌电解车间的重金属废水产生过程源头多、面域大、流程长、移动性强。段宁带领课题组深入车间一线，研发解决方案。他们根据先减量、再循环原则，综合运用多相态污染物源解析和成因分析、水量平衡、金属元素平衡、工序用时平衡、热力学理论、电化学理论、数理统计模型和控制论正负反馈方法，创新性地研发了锰锌电解车间无高压水枪、无泡板槽、无废水外排的清洁生产工艺流程，确定各工序减量百分比、循环百分比、各工序最佳用时和工艺流程总用时等控制性指标。

其中，以多功能机械手和出入槽精准定位为核心的多学科、大跨度、跨领域的多项单体技术集成技术，将原生产流水线上孤立分布的十几个工序，有机集成为成套化大型自动化装备，彻底取消了在电解锰、锌行业电解车间使用了70多年的高压水枪和100多年的泡板槽。

段宁说，以上述核心单体技术为基础，在电解锰行业集成建设了与5000吨电解锰/年生产线相配套的工艺平台示范工程一座，实现机械手运动误差不超过正负2毫米，精确性大大提高。

示范工程的减排减污成果斐然。据估算，“电解锰行业重金属水污染物过程减排成套工艺平台”如能在全行业推广，每年可消减重金属废水285万立方、减排锰615吨、重铬酸钾791吨、氨氮2575吨，环境、经济效益显著。

让段宁非常高兴的是，“电解锰行业重金属水污染物过程减排成套工艺平台”是具有中国完全自主知识产权的大型成套装备，属世界首创，现已申请国家专利15项，实现了国内外电解锰行业电解车间现代化和自动化水平的重大突破。

迎来事业黄金期

作为新中国的同龄人，段宁认为自己的命运与国家的命运是紧紧联系在一起的。在文革中他搞不了科研，只能上山下乡到农村去。在三年自然灾害中，他吃不饱、穿不暖，遭受磨难。

“这段经历对我个人的生活、工作，甚至对身体和心理健康，都造成很大的影响。在文革结束后，国家恢复了研究生制度，我报考了清华大学环境工程专业硕士。在中共十一届三中全会后，国家实施了改革开放，我遇到了前所未有的机遇，获得了去美国留学的机会，在德克萨斯州立大学奥斯汀分校攻读博士学位，并担任助理研究员。”段宁说。

1983年，段宁来到美国，那正是美国经济高速成长时期，如果段宁想留在美国非常容易。“从出国的第一天起，我就没有留在国外的念头。我甚至都没有时间参加自己的博士毕业典礼。”段宁说。

“我刚完成博士论文答辩，知道自己已经通过，就接到当时中国环境科学研究院老院长的电话，希望我尽快回国参与工作，于是我马上就回来了。”当被问及是否有遗憾时，段宁摇摇头说：“我当时就想着学成后回国效劳。现在也觉得还是这个最重要，个人的一点小事情算不了什么。”

1988年，段宁回国时，国家对科研单位改革开放的政策出现了“曲线”，大力鼓励科研单位下海，开展认证等市场活动，段宁没有经费搞科研，“记得那年的冬季很冷，但中国环境科学院没有钱，供暖公司停止供暖，就自己烧锅炉，但煤也只够烧三五天的。”段宁说。

经过多年的不断探索，国家对社会公益性的项目和科研单位有了更准确的定位，对环境科学和清洁生产认识也越来越清醒、越来越重视。

段宁微笑着说，“从2001年开始，国家科技部对社会公益性科研单位进行重大体制改革，建立了创新基地，对创新能力比较强、科技水平比较高的科研人员，在政策、项目和经费上给予支持。由于环境测试、分析、监测污染等没有实验室不行，我们实验室的经费也在增加，中国环境科学院的科技支撑能力在不断增强。”而段宁本人也迎来了他清洁生产研究、实践的黄金时期。

段宁的办公桌上摆放着一头牛的木雕，后肢弯曲、前肢正要向上发力、牛头上仰，让人不由地想起“老骥伏枥志在千里”。

李禾 科技日报记者