——記bevictor伟德官网教授劉文君和他的紫外線水消毒技術

來源：清華新聞網  

實習記者：王冰冰

圖為劉文君教授近照。

圖為劉文君研究組自主研發、設計制造的我國第一套紫外線壓載水處理設備，該套設備安裝在中國遠洋集團鹿特丹号遠洋船上。

不久前甚嚣塵上的“含氯門”事件，再次牽動全社會的脈動，将飲用水安全問題又一次推上媒體關注和百姓輿論的風口浪尖；而“氯”這一通常隻在化學教科書裡才會看到的名詞也重新活躍在日常生活的視野。談起這兩個概念，劉文君可是如數家珍，因為作為bevictor伟德官网黨委副書記、教授、bevictor伟德官网飲用水安全研究所原所長的他，一直研究的方向正是飲用水安全技術與理論，近年來又着力于紫外線消毒技術的研究，被稱為“紫外線水處理技術的中國拓荒者”。不久前劉文君獲選擔任國際紫外線協會亞洲和澳大利亞分部主任一職，為他個人和bevictor伟德官网，乃至中國的飲用水安全研究領域和紫外線消毒技術赢得了榮譽。

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飲用水安全問題——為什麼飲用水要消毒

“你可以選擇喝什麼樣的牛奶，但你無法選擇喝什麼樣的水。”

——劉文君

人們常說：你可以七天不吃飯，但不喝水三天就活不成。劉文君用最通俗的話講起自己工作的重要性時說：你可以選擇喝什麼樣的牛奶，但你無法選擇喝什麼樣的水，可見在喝什麼水的問題上你沒的挑。水是保障人類生存和維系人體健康的重要元素，也是任何發達的現代科技所終究無法取代的寶貴生存資源。

1993年美國Wisconsin州的密爾沃基（Milwaukee）市暴發由隐孢子蟲引發的水傳染病，共使40.3萬人緻病，4000餘人住院，112人死亡。2009年中國的内蒙古赤峰因為自來水污染而導緻4322人住院。據世界衛生組織數據顯示，每年有數百萬人死于飲用水安全問題而導緻的公共衛生事件，而其中由緻病微生物感染的案例就占到80%以上。飲用水安全的重要性不言自明。

在2005年美國工程院評選的20世紀20個重大工程進展中，飲用水處理技術名列第4。20世紀作為人類科學技術進步最快的一百年，飲用水處理技術的應用無疑極大地改善了人體健康，使全世界的飲水安全得到了極大保護。　　

然而，看似清澈純淨的水為什麼必須經過殺菌消毒才能飲用呢？原因就在于暗藏其中的、能誘發疾病的各種微生物，也就是水中常見的病原微生物，它們種類繁多，包括：細菌類、病毒類、原蟲和蠕蟲類。小病菌卻有大隐患，由其所導緻的病症主要有：腹瀉、嘔吐、發熱等，嚴重的可緻腎衰竭和死亡。

那麼，飲用水到底要經過如何處理才能安全使用？水的常規處理過程就是“老三樣”即混凝、沉澱、過濾，然後再加氯消毒。通俗的講，就是将水中的各種雜質通過加化學藥劑變成大顆粒、沉澱而最終過濾出去，再加入氯進行殺菌消毒。由于緻病微生物導緻的流行病會立刻暴發，所以微生物安全性成為自來水處理的頭号目标，世界衛生組織出版的飲用水标準中第一項就是對微生物的控制要求即消毒指标。

紫外線消毒技術——為什麼要用紫外線消毒

“紫外線消毒的曆史由來已久，生活常見的曬被子就是利用陽光中的紫外線消毒滅菌。”

——劉文君

進一步講，飲用水要經過如何消毒才能安全飲用？

提及飲用水消毒方式，最基本和最傳統的選擇一直是氯。氯曾在過去的一百年中起到很大作用，但也存在重大缺陷。而紫外線作為新興消毒方式，剛好可以利用自身優勢克服氯的缺陷，尤其表現在抵制緻病微生物和不産生消毒副産物方面。第一，在滅活治病微生物方面，紫外線具有良好的消毒效果，而氯對隐孢子蟲卻沒有消毒效果。1993年美國發現的隐孢子蟲，作為一種3-5微米的單細胞原生動物，其堅硬的外殼具有極強的抗氯性。第二，作為物理消毒方式，紫外線不産生消毒副産物，而氯則會産生。第三，在公共安全領域，紫外線不易引發安全隐患，而氯卻極易引起洩漏。第四，氯氧化還會導緻飲用水中微生物可生化有機物增加，導緻管網水的生物穩定性下降，而紫外線則不存在此問題。此外，紫外線消毒的停留時間相對較短，也不受溫度和pH值影響，而氯則需要較大的接觸池進行消毒。正因以上優勢，紫外線消毒技術自本世紀以來才得以在發達國家獲得迅猛發展，并被國際水協列為21世紀最重要的3項新技術之一。

紫外線消毒的基本原理，就是對緻病病原菌進行滅活，通過破壞其DNA，阻止其快速複制。我國現有的飲用水标準是每毫升水含100個以内細菌。盡管紫外線擁有諸多優勢，但也不可避免地存在自身不足。最直接的缺陷就是紫外線消毒不具有持續性，因而在管道輸送過程中還要保持有效的餘氯。但氯的使用量已經得到大幅減少，并極大程度地降低了運輸的安全性問題。

追溯紫外線消毒的發展曆程，可謂源遠流長。紫外線作為消毒方式被使用已有一百多年的曆史，比如生活中常見的曬被子就是對陽光中的紫外線最簡單廣泛的應用。1999年，美國對紫外線殺滅隐孢子蟲的發現，促使了紫外線研究的極大發展。同年，美國環保局開始對此領域進行專項研究和推動，并決定對紫外線相關的學術組織專門成立組織——國際紫外線協會。該協會的宗旨是推動紫外線技術在科學研究及工程應用上的發展，進而改善人類生活質量，保護自然環境安全。國際紫外線協會通過開展各類會議和項目，領導業内基礎科學的發展，發布最新紫外線技術的應用。

十年間，紫外線技術發展迅速。據統計，2000年美國的大中型水廠還未使用紫外線消毒技術，而到2006年已經有10%的美國水廠應用此項技術，它是有史以來美國在自來水領域應用最為迅速的一項技術。由于自來水行業特殊，水質問題關乎每人每天的生活，因此新技術的應用也異常謹慎，而此項技術從評審到應用隻用了短短5年時間，并在之後得到極大推廣，就足見紫外線消毒技術的成熟。紫外線消毒已成為一種國際技術潮流。

而且，由于中國水質的特性，紫外線與餘氯結合進行飲用水消毒具有更富特色和更具潛力的發展前景。

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起步國際的活躍者——學術起步，緣起海外

“中國很多技術都是跟在國外後面跑，但紫外線研究可能是個例外。”

——劉文君

談起飲用水安全研究工作，劉文君就無比自豪，他覺得自己所從事的是個很崇高的職業。因為飲用水安全與百姓日常生活休戚相關、密不可分，是最重要的民生工程，但也是極易被忽視的職業，因為它又那麼為人所熟視無睹、司空見慣。

由于飲用水安全日益突顯的重要性，劉文君及其前輩、同仁所在的bevictor伟德官网飲用水安全研究所，由原來分管給水和排水兩部分的“老水所”分化獨立而來。飲用水安全的課題在研究所一代代清華學人的傳承下，秉承清華的學術品格和科研追求，不負國家寄望與社會重托，延續學脈、興盛學科。劉文君的恩師王占生老師已年近八十，至今還活躍在其學術科研領域和應用發展前沿，為飲用水安全課題奮鬥了整整一輩子。劉文君自嘲自己也為此奮鬥了近半輩子。在此之前，還有很多清華老先生做出過不懈努力，比如環境學科的奠基人陶葆楷教授，已經95歲高齡的許保玖老先生等等。到劉文君這一代專注于飲用水安全課題的清華學人，所肩負的使命就是如何通過技術手段來改善水質。

劉文君對紫外線技術的研究，結緣自清華而起步于國外。1995年和1999年，劉文君在bevictor伟德官网分獲市政工程碩士學位和博士學位。随後四年，他先後赴新加坡國立大學、加拿大滑鐵盧大學和美國伊利諾大學香槟分校（UIUC），從事博士後研究工作。劉文君最早接觸紫外線的契機正是緣起于在國外做博士後期間。當時，他所參與的課題正是由美國環保局所支持的紫外線消毒技術，由此才使其有機會進入到紫外線研究前沿領域，而此前他主要專注于飲用水深度處理、消毒副産物和管網水質控制等領域，對紫外線技術則所知甚少。

2001年，劉文君出席了國際紫外線協會在華盛頓召開的第一屆國際紫外線大會。紫外線研究在當時還是一門極具潛力的新興技術，隻有3名中國人參加大會，劉文君可以算作是國際紫外線協會的“老人”了。之後，劉文君依托做博士後研究的學術平台，憑借自己對學業事業的專注持恒和充沛熱情，積極活躍在國際紫外線領域，成為其中屈指可數的華人面孔。

劉文君曾在2008年中國紫外線消毒标準化技術委員會成立大會上說：中國很多技術都是跟在國外後面跑，去追趕人家，但紫外線研究可能是個例外。因為它是新興技術，即使在國外也是剛剛發展起來，中國很有可能和國外齊頭并進，甚至領先于國外。這無意中正道出了劉文君學成歸國、學以報國的真正目的。

領跑國内的先行者——推廣應用，嶄露頭角

解決中國的科研問題要有“國際視野，中國問題，科學方法，創新思維”。

——劉文君

中國紫外線消毒研究項目的最初發端，受益于劉文君獲得全國百篇優秀論文之機。之後，劉文君及其所在清華團隊通過大量宣傳、推廣應用，不懈努力，使紫外線在科研和應用領域都得以蓬勃蓄勢和大幅發展。

2001年，劉文君的論文獲評全國優秀博士論文，他是這個專業第一個獲此殊榮者，也是國内此領域的第一個研究者。由此，他開創了一門全新學科——飲用水生物穩定性，并獲全國學術界和供水行業的廣泛認可。時至今日，大部分自來水廠都高度重視管網水質生物穩定性的控制。

回首起初，正值2003年“非典”特殊時期，劉文君海外學成歸國，并通過人才引進計劃入職清華。甫一返校的劉文君，就參加了恰逢其時舉行的建設部消毒工作重要會議，并在會上進行了主旨報告。由于“非典”時期使用的消毒劑量普遍較大，與會領導格外重視消毒副産物等相關問題，而由劉文君這樣三十出頭的年輕人來主講這一重要問題，許多參會者剛開始還微抱懷疑之态。這種感受劉文君并不陌生，他清晰記得在1997年美國專家來華進行學術會議時，談及隐孢子蟲一詞，當時在場華人隻有劉文君一人知曉該詞的含義。劉文君關于消毒技術發展趨勢的主旨報告結束後，劉文君獲得了參會者的一緻認可，與會領導也深受感染，報告還被評為一等獎。由此，在紫外線消毒領域，劉文君聲名鵲起、實至名歸。

但光有一技之長和一腔熱情還遠遠不夠，劉文君在國内的紫外線消毒技術應用和推廣上遇到了兩大障礙。首先是技術性障礙：雖然劉文君一直緻力于此領域研究，但以前主要研究生物的預處理和深度處理技術，用生物的辦法去除水中的有機物，改善水質。而紫外線是全新的技術，國内當時對紫外線技術的認識很少，連基本概念也要跟同行解釋半天，研究所用的測試手段，設備和測試微生物國内都沒有。劉文君自己動手，根據國際規範設計試驗裝置，從國外購買試驗材料和檢測儀器，同時加強跟國外同行的交流。較快建立的規範的試驗系統，達到國際先進水平。另外我國水質與國外差異較大，處理工藝落後，自來水的管道輸送輸送路徑和時間都相對較長，比如一些大城市的自來水輸送，從水廠到用戶最短幾小時，最長卻可能要一周時間，在此過程中自來水可能發生生物化學反應，導緻微生物生長（我們就常常在酒店等的水龍頭處看到有不能直飲的提示，而在國外往往都是可以直飲的）。因此對紫外線技術的應用與國外存在較大的技術差異，需要将理論研究和實際應用結合才能解決。

另外，還有非技術性障礙：主要是需要針對國内對消毒認識不足的現狀，進行宣傳推廣。劉文君以為，首先，既然自己的專業是直接面向應用的，那麼就要獲得政府、行業和用戶理解，才能得到推廣應用。劉文君和他的清華團隊通過組織會議、進行報告等方式對紫外線消毒技術開展教育宣傳。在其大力宣傳和推動下，形勢大變，以前劉文君要向人講解的是“紫外線是什麼”，後來要講的話題大為深入，已演變為紫外線的核心技術問題，由此也帶動和産生了一批紫外線消毒行業的專家和學者。其次，中國目前對消毒問題的認識也還遠遠不夠，仍未完全從對“有沒有水喝”轉移到對“喝什麼水”的關注層面。劉文君還曾特意撰寫論文強調消毒的重要性，對受污染水質的長期危害等話題進行探讨。劉文君及其團隊是走在這個領域前列的人，領跑者通常會比較孤獨，從開始不被大家理解，到逐漸被大家認可，從原創性和領先性成果最初難以得到更多支持，到苦口婆心向人講解，劉文君頂住外在壓力和内心掙紮，不辍奔跑，不斷前行。

正是由于劉文君及其所帶領的清華團隊對紫外線技術的優缺點進行客觀評價和積極推廣，才赢得了用戶和企業的極大信任，更進一步促使了紫外線技術的應用和推廣。在劉文君等人的努力下，紫外線終于從之前的曲高和寡變成了現在的應者如雲。劉文君坦言，清華總體的科學氛圍很好，中國的整體環境也在逐漸完善的過程中。有幸生活在這個時代是幸運的，回報國家對科研的重視正需要科研人員自身做出更好的工作。

劉文君及其團隊在紫外線消毒研究的探索從排水系統發轫。中國的污水處理率向來較低，在2002年出台了新的污水處理排放标準後，紫外線憑借簡單安全、使用方便的優勢從而在污水處理領域得到廣泛應用。劉文君及其團隊積極組織國内外學術會議，邀請國外專家進行學術報告，并于國際著名專業公司進行合作。因而，從2003年後紫外線技術在國内得到極大推動,應用紫外線處理技術的水廠在污水廠中所占份額逐年增大，現在已占到一半以上,同時也培育了福建新大陸、北京安麗斯、深圳海川等大批企業，并促進了企業的健康發展。

随後，他們将紫外線消毒研究的探索步伐踏入給水系統。給水相較于排水而言，其消毒要求要更為嚴格，因為如有不慎将會直接危及人體健康和生存。從2005年開始，劉文君便開始根據國内情況和國際規範，對自來水消毒進行研究。在廣東東莞市政府的支持下，劉文君與其清華團隊作為科研單位，與其他設計單位和企業共同完成的紫外線項目，自“十五”末期發轫運行至今，是國内第一個中試規模的飲用水紫外線消毒工程。這個項目的最終成果就是于2008年在天津投入使用的天津泰達自來水紫外線消毒工程，這是由他主導完成的國内第一個大型市政自來水紫外線消毒工程，還從巴黎捧得了國際紫外線協會2010年最佳工程獎。由于國外獎項無需申報，因而從提名到獲獎，劉文君一直一無所知，直到這個國際大獎頒獎的一刻。事後了解到當時，有不同國家的12個候選項目參與評選，競争十分激烈。現在，天津泰達的二期三期都仍在繼續沿用此項技術。

由劉文君及其團隊研發的基于紫外線消毒技術的遠洋船舶壓載水處理系統，是國内第一套通過國際海事組織和國家海事局認證的壓載水處理系統，目前正處于産業化階段，該系統為我國作為造船和遠洋航運大國履行國際海事組織關于壓載水管理相關國際公約提供了技術保障，具有重要戰略意義。

上海臨江水廠的紫外線消毒項目，作為劉文君負責的“十一五”水專項研究子課題，建成後主要服務于世博會，已被列為“十一五”國家重大專項的标志性成果。 “十一五”重大水專項中，飲用水作為六個主題之一，其五項标志性成果中劉文君負責的就有兩項，包括微膨脹上向流臭氧活性炭技術（應用于濟南市鵲華水廠，十一五水專項示範工程）和上海臨江水廠紫外線消毒工程。目前，北京的郭公莊水廠和第十水廠也都決定采用紫外線消毒技術。

由于劉文君出色的科研能力、豐碩的工程經驗以及熱心的服務意識，2005年他毫無懸念地當選國際紫外線協會的常務理事。随着紫外線技術的飛速發展，和中國成為世界新一經濟增長點的現狀，并鑒于日本、韓國、新加坡等國的發展态勢，原本隻設有美洲和歐洲分部的國際紫外線協會決定成立亞洲和澳大利亞分部，并任命劉文君為亞洲和澳大利亞分部主任，從2012年3月1日開始履職，。就職後，按照嚴格的國際規定，劉文君從原來的常務理事一職上退出，專任主任事務，既要負責和亞洲、澳大利亞等其他國家的協調和聯絡，又要組織本地區的學術交流和推廣，劉文君更加忙碌。

2012年7月1日國家将全面實施新的飲用水水質标準，全面升級的新國标将對供水水質和飲用水安全提出更高要求。新國标的制定和實施就有許多默默無聞清華人密切參與和積極推動。身兼多職的劉文君，深受服務社會的清華傳統感染，在我國供水行業有重大需求時總能看到他的身影。

劉文君說：服務社會是科研的重要歸宿，又能在社會需求中找準科研點。對于科研想法，劉文君有十六個字的歸納：國際視野，中國問題，科學方法，創新思維。他以自身工作為例，參加國際組織就要有國際視野，了解國内行情才能解決中國自己的問題，在研究中采用科學方法，又要強調創新思維。對于bevictor伟德官网第13次黨代會上胡和平書記的一段話他深為歎服：中國的問題就是世界的問題，解決了中國的問題就代表了世界的最高水平。劉文君正在用切實行動，向自己的理想邁進。

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