口述︱中國科學技術大學 俞漢青教授
整理︱史方標 、劉秋琳
荷蘭Kluyver生物技術實驗室-脫氮除磷技術發(fā)展演義
實驗室是技術的搖籃和產業(yè)的發(fā)源地�；钚晕勰喾ㄕQ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實際工程應用的頂級實驗室？anammox（厭氧氨氧化）技術又是怎樣從發(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)的一個以生物技術為核心的實驗室，環(huán)境生物技術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，后來去了荷蘭內梅亨大學(Radboud University Nijmegen)的生物系。其關于anammox的研究成果經常發(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循環(huán)和代謝途徑將水中物質分解。
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帶入工程應用領域。所以他后來的主要貢獻就是將anammox技術從實驗室小試放大到鹿特丹的生產線實驗。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合，設計出一個同心圓結構，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)生產過程相關的研究。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)的學術知識和新興工藝的開發(fā)結合而聞名。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。其已成功轉化為商用技術的研究成果包括雪倫工藝（Sharon）、厭氧氨氧化工藝（Anammox）以及內芮達工藝（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。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，昆寧教授輾轉美國洛杉磯加州大學攻讀博士后，結業(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)酵中心的技術總監(jiān)。在學術生涯內，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。
