环境工程专家里特曼教授：期待微生物和人类之间的深度合作！

 

“中国科学蓬勃发展，很荣幸我能参与其中。”今年6月，同济大学名誉教授、环境工程专家布鲁斯·爱德华·里特曼（Bruce E. Rittmann）在得知自己获得“中华人民共和国国际科学技术合作奖”之后，如此表达了自己的感受。

 

里特曼教授是环境工程领域的国际权威学者，研究方向为污水处理及地下水修复中微生物生态调控机制。今年是他与中国开展密切合作的第23年。这20多年来，他以同济大学为圆心，与国内环境领域各大知名高校和科研院所展开了全方位的交流合作。

 

正如他自己所言，他深度参与了中国科学的新时代。

 

微生物是我们的“工人”

 

也是人类真正的伙伴

 

布鲁斯·爱德华·里特曼在越战期间长大，而彼时也正是美国环保运动日益蓬勃的时期。如果没有这两件事促使他想要为社会环境的改变作出贡献，年轻的里特曼可能会利用他的工程学学位来设计桥梁或其他市政建筑。

 

事实上，当“可持续发展”这个词还未出现时，里特曼就对微生物与可持续发展产生了浓厚的兴趣。在1970年4月22日美国举行第一个地球日活动时，他猛然发现：“我们已经把事情搞得一团糟，必须做出改变了。”

 

在源源不断动力的支持下，如今的里特曼已成为生物技术领域的国际权威专家，在污水和废水资源回收领域颇有建树。

 

多年来，里特曼教授向人们展示了关于废水中微生物的许多新发现，在同行评议的科学期刊上撰写了700多篇文章。他的贡献不仅仅是学术上的，他的研究还促进了新一代水处理工艺，这些工艺可以去除水中的有害污染物，降低废水处理成本、减少能源消耗，甚至回收化学品和营养物质以供再利用，他也因此而拥有了近20项专利。

 

正如他在2018年获得被誉为“水环境领域诺贝尔奖”的斯德哥尔摩水奖时所说，是时候从“废水”中高效地去除“废物”了。

 

上观新闻：当别人问您“你是做什么的”时，您会怎么说？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：可以这么说：“我是管理微生物群落，为社会提供服务的。”这些服务是水和能源可持续性的核心。在水方面，微生物可以清理被污染的水，使其可供人类使用或返回支持自然系统，还能改善水质。在能源方面，我做的是以不损害环境的方式生产真正的可再生能源。

 

其实，微生物无处不在：会在皮肤上、牙齿上，也会在河岩上或海底深处。它们正常的新陈代谢或它们所吃的东西可以帮助人类处理掉很多废物，也可以提供人类需要的一些物质。对它们来说，生物降解污染物或生产燃料只是它们正常生活的一部分。

 

我常说，各种各样的微生物是我们的“工人”。我们要做的是管理微生物，以便它们可靠地以必要的速度为人类提供服务。我也希望，微生物“工作者”和人类“管理者”能成为真正的伙伴。

 

上观新闻：您本科学的专业是工程学，和生物技术并无关系。

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：我本科是学土木工程专业的。我对结构很感兴趣，它是土木工程的支柱，我一直以为自己毕业后会去设计桥梁。然而，在20世纪70年代初，我还是一名本科生时，第一个地球日和越南战争都发生了，这两件事都对我产生了深远的影响，并促使我寻找一种可以对社会作出积极贡献的职业。这让我对环境工程和环境生物技术持开放态度，最重要的是，我抓住了绝佳的机会。

 

上观新闻：您的主要研究成果是生物膜，基于生物膜的项目曾获2017年度上海市科技进步一等奖和2018年斯德哥尔摩水奖。生物膜是什么？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：自从20世纪70年代开始从事生物膜的研究以来，我就意识到它在自然界无处不在，尤其对治理水污染意义重大。基于生物膜的研究，我发明了氢基膜生物膜反应器，该技术能够去除水中的硝酸盐、高氯酸盐、硒酸盐等有害物质。

 

20世纪90年代末，人类发明了一种检测低浓度高氯酸盐的分析方法，于是，人们就在水源中发现了高氯酸盐。在此之前，它一直存在，却没人知道。

 

在氢基膜生物膜反应器被发明之前，没有任何技术能够在不使用有毒或昂贵化学品的情况下去除硝酸盐或其他污染物，这样水源中的毒素就会不断增加。但是，当氢基膜生物膜反应器将氢气输送给细菌时，这些污染物就变得无害了。类似于人类吸入氧气并呼出二氧化碳，生物膜反应器利用氢气改变污染物，从而引起呼吸氧化的过程。这是自然发生的，我们只需提供氢气，一切就会发生。

 

把挑战变成机遇

 

第一步便是保护水质

 

里特曼教授第一次来到中国进行学术交流是在2001年，那时他受邀到清华大学访问，也正式开始了他与中国之间的缘分。

 

三年后，他第一次来到上海，到同济大学访问并作学术报告，从此与同济大学建立了定期的学术交流机制和互访制度。

 

经过两年的学术交流，同济大学教授夏四清受邀成为第一个在亚利桑那州立大学里特曼教授实验室做研究的中国学者。接下来的20年里，约有60位中国学者走进了里特曼教授的实验室。

 

2005年，里特曼教授正式受聘为同济大学荣誉教授。当时，他了解到，上海正在积极开发临港地区，其中一个具有代表性的巨大工程就是人工建设直径2.6公里的滴水湖。这么大的人工湖，水质如何保证？里特曼教授敏锐地意识到，保护滴水湖的水质对临港新城的发展，甚至对上海自贸区临港新片区的建设都有着十分重要的意义。于是，他将生物膜技术应用于滴水湖进行深度处理与回用研究，并对滴水湖附近的环境问题提出了指导性的建议。

 

除此之外，里特曼教授更是将先进环境生物技术的应用范围拓展到了长三角。

 

一种透气的生物双膜技术可利用绿色氢能去除多类别的难降解污染物，在净化水质的同时降低碳排放量，实现水净化和负碳排“双丰收”。这项由里特曼教授牵头的首创技术，将其中国产业化应用的落脚点选在了长三角国家技术创新中心。2022年，国创中心重大项目“里特曼科技”正式启动运营。

 

谈起自己的项目在中国的有效应用，里特曼教授笑了。他说：“我很高兴，也很自豪。我和中国的研究人员合作得非常默契，他们也认可了我的付出。一切都太让人满意了。”

 

上观新闻：20多年前，您为什么决定来中国做研究？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：大概在2000年，中国开始积极参与国际研究领域的互动，特别是在水环境领域。我在很多会议上都遇到了中国教授，我感觉当时中国的学术界正在发生想象不到的变化。中国非常支持研究人员、教授和学生出国学习，我也很幸运有很多中国研究人员来我的实验室和我一起工作。

 

20多年来，中国的科技水平正在开放、交流、合作中不断进步。越来越多的中国科研人员在国际顶级期刊上发表论文，也正在挑战国际前沿的科学技术。中国正成为国际潮流的引领者，而不仅仅是追随者。

 

上观新闻：您如何评价目前中国科技的发展？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：中国在科技方面取得的进步非常惊人。

 

我讲讲我注意到的三件事：一是高铁，非常快又稳；二是新能源汽车，上海的新能源汽车非常多；三是中国高校和实验室里的先进设备，这绝对是一项有回报的梯度投资。

 

上观新闻：在上海滴水湖水质修复的项目中，您做了些什么？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：2005年，上海临港地区刚刚开发，滴水湖号称是世界上最大的人工淡水湖，是上海的另一个“东方明珠”。但我非常担心这个湖的水质，所以当时我们就申请去研究它的水质，并就如何改善提出一些建议。

 

我当时申请了可口可乐公司的环保公益课题，几乎把全部经费都转到同济大学，用于开展对上海滴水湖及周边河道水质的修复研究。经过一年四季的实地采样、系统研究，撰写的中英文报告和详细的研究数据为上海市滴水湖水环境保护提供了珍贵的早期第一手资料。

 

上观新闻：上海三面环海，位于中国东部长江入海口，拥有海岸线200多公里。对一个城市来说，这是机遇还是挑战？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：的确有挑战，因为污染可能存在于河流、湖泊和海洋中。而且上海是个非常大的城市，人口很多，各种各样的活动也很多，人们对水的需求量也很大。把挑战变成机遇的第一步便是保护水质，这在上海是一个非常重要的话题。

 

上观新闻：您喜欢在上海生活吗？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：我喜欢上海，她是一个大城市，虽然我目前只看到了她的一小部分，但我觉得在上海以及长三角地区有很多我可以发挥的空间，我在这里很有价值。

 

生活在这里，我发现上海有很棒的餐厅，有各种各样的美食。我喜欢在这个密集的城市环境中穿插的绿道和公园，再加上我的朋友和同事总是照顾我，确保我顺利地、开心地生活，我也开始更多地了解中国文化。

 

如今，上海的水质、环境质量都大大改善，上海正逐渐成为一个更方便、更健康的居住地。我认为上海做得很好，而且正朝着正确的方向坚定地前进。

 

我们需要思想开放

 

愿意超越单一学科的人

 

“里特曼教授很让人敬佩的一点是可以‘秒回’邮件”，作为合作伙伴，夏四清教授这样评价。

 

20多年来，里特曼教授与夏四清教授之间的沟通大部分都是通过电子邮件进行的。两人有记录的邮件交流内容达1671页，共32万多字，有的邮件长达10多页。

 

要数在中国高校作讲座最多的外国教授，里特曼肯定是其中的一位。据统计，他20多年来在中国作学术报告多达105次，清华大学、北京大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、浙江大学等20多所高校，都出现过他的身影。

 

人才培养在里特曼教授心中有着十分重要的地位。2019年3月，里特曼教授在同济大学作了一场“如何培养博士生”的报告，现场座无虚席。他的PPT被同领域的学者公认为是培养研究生的“导则”。

 

在他的努力之下，同济大学与美国多所环境领域排名靠前的高校建立了本科生联合培养体系，从2013年至2023年，共有82名同济大学环境学院本科生赴美国高校学习。里特曼教授自己也已培养了20多名中国博士生和45名中国学者。

 

在学术研究方面，里特曼教授拥有“极致的严谨”。他的每篇论文都修改得十分认真，在国际期刊上发表的文章通常都要修改10个版本以上，最多的修改版本达29个。目前，里特曼教授已与中国学者合作发表SCI论文145篇，与其合作的中国学者达256人，涉及环境工程、环境生物技术、海洋环境等多个领域。

 

“作为朋友，我发现里特曼教授的严谨也体现在生活上。”夏四清教授说：“他知道要到中国交流，为了适应用筷子，他在来中国之前就在家里经常练习用筷子夹黄豆，到中国时就能非常熟练地使用筷子了，他是一个非常纯粹的人。”

 

上观新闻：您的同事和学生们都可以通过电子邮件与您互动，哪怕在凌晨，您都可以秒回，这是怎么做到的？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：一个学生花时间给我发了一封电子邮件，问了一个想问的问题，我觉得真的要立即给他答复、及时做出回应。

 

上观新闻：您认为现在的大学生应该拥有怎样的素质？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：在我所教授的环境生物技术领域，我需要学生们懂不同的学科，包括生物、化学、工程、数学等。我希望学生们渴望学习不同的东西，而不是狭隘地说我是一个化学家，我只想了解化学。

 

有些工具，哪怕不是同一学科的，也是可以用来理解和实现我们的技术的，所以需要对这些领域有广泛的了解，不要害怕去尝试那些有别于常规的新东西。令人兴奋的进展正在学科交叉点上发生，而那些界线也终将会消失。因此，学生们应该好好利用这一切，走出你的舒适区。我们需要思想开放、愿意超越单一学科的人。

 

上观新闻：您如何评价中国在环境领域的人才培养情况?

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：可以说人才辈出。目前中国顶尖大学的教授和学生的人数很多，多到让人惊讶。很多来自中国的学生在我的实验室工作，他们中的很多人都非常优秀。我会寻找具有创造性思维的研究人员，他们会提出很多新的想法，我的许多中国学生都是这样的。他们很有创造力，能想出新点子，善于发现新事物。

 

上观新闻：您为什么去那么多的中国大学演讲？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：我认为每个人都需要了解人类现在的困境，尤其是像全球气候变化这样的事情。如果你想要做出一些改变，愿意对你的生活方式做出一些调整，那么理解你为什么要这样做是很有帮助的。

 

我的大部分演讲都针对普通听众、大学生和上班族，让他们知道我们现在研究新技术到底为的是什么。

 

科学研究无国界

 

国际合作的前景是乐观的

 

“今天，我们正处于一个革命性的时期，利用强大的生物技术来实现我们过去只能梦想的事情；而未来，更多的梦想将被实现。”

 

尽管“绿色环保”已成为当代流行的口号，但里特曼教授表示，人们所做的努力还远远不够。他所认为的革命性创新，包括通过光合作用制造燃料分子作为石油的潜在替代品，以及微生物和人类之间的长期深度合作。

 

“我们的星球所能提供的资源是有限的。”他说：“我们必须尽快找到更多的可再生资源，否则就太迟了。”

 

里特曼教授用他的研究证明了可持续的生活是可能的：“随着我们对生物膜研究的进一步深入，以及更多的跨学科探索，相信在未来几年能看到更多生物技术的相关应用，以及其他创新技术的诞生。”

 

上观新闻：环境和气候问题越来越严重，先进生物技术的使用会对环境问题的改善产生怎样的帮助？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：这是一个激烈的问题，现在我也越来越紧张了。我们需要做的是停止使用这么多的化石能源——天然气、煤炭和石油，去找到替代品。所以我们做了很多工作，利用微生物来创造所谓的替代品，找到用可再生能源取代化石能源的方法。

 

现在，人人都关心空气质量，因为你需要呼吸，这显然非常重要。10年前，中国有空气污染比较严重的日子，我当时是觉得有些可怕的，那些日子很糟糕。现在我在上海觉得大多数时间空气质量相当好，我们有蓝天，空气污染的测量值比以前低得多。

 

上观新闻：您在中国和美国都致力于环保事业的发展，在两国的工作，会有不同的关注点吗？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：重点的领域不一样。在中国，直到最近，我的重点领域一直是如何消除河流、湖泊和海洋中的水污染物，这是中国很多地区现在所需要的。在美国，我更加注重可持续性发展和生产可再生资源的相关工作，但重要的是，我做研究的方式都是一样的。

 

上观新闻：在未来，环境微生物领域还会在哪些方面有所发展和应用？如何进一步深化国际合作？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：我觉得应该进一步优化环境微生物的功能，实现资源回收，使各类微生物发挥其极致的功能为人类服务。这方面的国际合作仍十分必要，深化国际合作的前景应该是乐观的。科学研究无国界，在环境科学领域长期合作，才能开发能造福人类的新技术。

 

上观新闻：青山绿水、碧海蓝天，需要全社会、全民共同参与才能得以实现吧？

 

布鲁斯·爱德华·里特曼：当然，这需要人们愿意在他们的生活细节上做出一些调整。例如，我们知道二氧化碳排放是全球气候变化的主要驱动因素，所以我们必须愿意去替代，去替代那些能产生大量二氧化碳的产品和服务。我们可能还会发现，对我们的食物系统进行调整是很有必要的。

 

我认为关键是我们要在不完全扰乱每个人生活的情况下做出这些改变。要知道，不是消除一切，而是找到替代品。这就是我的工作。

 

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