【青年科學家故事】研微生物淨水 採大數據防污
南京大學教授張徐祥：保護綠水青山是我們的使命
張徐祥給人的印象是乾淨，目光乾淨透亮，神情乾淨清朗。可是在讀大學時，張徐祥因患有嚴重眼疾而視力模糊，但又不得不拚命讀書，他擔心學校因視力問題而開除他。如今，他是治理污水專家，引領着中國廢水處理技術革新和產業升級的重任。作為污染控制與資源化研究國家重點實驗室副主任、南京大學環境學院副院長，張徐祥率團隊持續15年系統研究和攻關，研發出水環境中高風險污染物識別與控制關鍵技術，成果成功應用於50餘項生活、養殖、化工、製藥等廢水深度淨化與安全回用工程。「掌握廢水安全回用的國際話語權」是他的下一個目標。張徐祥表示，他作為核心骨幹，參加了任洪強院士領銜創建的國家技術標準創新基地（水環境技術與裝備），「把我們的環保技術引出去，融入國際標準，讓未來的國際標準以中國的環保產業技術為核心。」●香港文匯報記者 陳旻 南京報道
2015年12月，研究成果「水環境中高風險污染物健康危害及生物組學機理研究」獲教育部自然科學一等獎，張徐祥是第一完成人；2016年12月，研究成果「高風險污染物環境健康危害的組學識別及防控應用基礎研究」獲國家自然科學二等獎，張徐祥是第一完成人……
近15年來，張徐祥團隊開發了針對不同類型廢水處理的微生物新生態構建技術、有毒有機物定向降解複合菌劑和生物強化處理反應器，縮減了反應器啟動時間70%以上，提升有機毒物的去除率45%以上。
「我們的新成果引領着中國廢水處理技術革新和產業升級。」張徐祥團隊的研究成果應用於內地廢水治理，已實現年安全再生水量約1.1億立方米，產生直接經濟效益1.3億元人民幣，研製的新裝備、試劑盒在內地已實現規模化生產和應用。
廢水成分複雜且毒性強
「環保產業是生態文明建設的重要支撐。」張徐祥說，中國改革開放四十多年來，「發展速度太快了。」「我們用四十年完成了發達國家兩三百年的工業化進程，人口數量持續增長，城鎮化進程不斷加快，導致環境問題集中爆發，水環境、水資源、水生態問題交織。」
製藥、印染、焦化等行業排放的廢水屬於典型難降解有機廢水。張徐祥進一步解釋道，廢水的成分複雜且毒性強，醫療、生活、養殖廢水中致病菌、病毒等生物污染物繁雜，這些廢水經常規處理達標後的尾水仍具有較強毒性和蘊含高豐度生物污染物，「被我們稱為環境高風險污染物，易引發長期性或突發性生態與健康風險。」科學認知污染物與微生物之間的複雜網絡關係成為高效、低耗、穩定生物處理的關鍵。
打開廢水生物處理系統「黑箱」
「傳統測序是Sanger測序法（學術名為雙脫氧核糖核甘酸末端終止法），這種方法是一段一段DNA進行測序，就是每段DNA擴增完才能測出來，速度極慢。」2004年，以計算機邊合成邊測序的新一代測序技術問世。張徐祥抓住這次技術革新機遇，與香港大學張彤教授合作，將新一代測序技術引入廢水生物處理領域，建立了廢水處理系統中菌群結構與功能的大通量解析新方法，可精準識別出千餘種功能微生物，打開了廢水生物處理系統的「黑箱」。
張徐祥通過提取廢水處理系統所有微生物的DNA，用新一代測序技術進行測序，以生物信息學手段將每個條帶進行組裝，把組裝後的大片段DNA與微生物基因組數據庫中的信息進行比對，「這樣便可確定廢水處理系統中的微生物種類。」
靠泡網吧掌握計算機應用
「所有的工作是在計算機上完成。」張徐祥說，實驗初始程序經常報錯，「不斷修改程序是個痛苦的過程。」不過，這對於精通計算機應用的張徐祥「感覺也沒有很難」。
「我的計算機技能是泡網吧學會的。」2001年9月，張徐祥考入南京大學環境學院攻讀博士學位。買不起電腦的張徐祥，每天就花幾元錢去網吧。人頭湧動的網吧裏，密密麻麻的電腦，污濁的空氣混合着喧囂的打遊戲音效，張徐祥卻專注地練各種軟件，查閱英文資料和摸索着編寫程序。讀研究生的第一個學期，天天泡網吧的張徐祥掌握了計算機應用。
「生命當如一泓清流，保護綠水青山是我們的使命。」張徐祥說，「我們的成果解決了地方與企業污染治理的問題，幫企業生存下來了，我很有成就感。」
張徐祥團隊的多項科研成果在長江與太湖治理中發揮着關鍵作用。國家水體污染控制與治理科技重大專項的太湖武進港流域治理課題於2017年正式啟動，該課題由南京大學、清華大學、同濟大學、常州大學、江蘇東恒公司共同承擔，張徐祥為課題的技術負責人。
武進港為江蘇省常州地區三條主要入太湖的河道之一，分布有姚巷橋考核斷面和武進港武進工業、農業用水區，武進港江蘇緩衝區兩個水功能區，處於典型的廠村融合工農業複合重污染區（武進）。
張徐祥介紹說，針對武進港小流域工業與農村複合污染負荷高、對太湖入湖負荷貢獻大等問題，課題組重點突破基於污水深度處理生物反應器流態優化的微生物富集、複雜乳化液高效破乳分離的磁性納米粒子耦合膜分離、適應於旱雨雙季的廠村融合複合污染高效節能控制、面向工農業複合污染小流域水環境智慧監控的實時信息互聯與反饋等關鍵技術，有效改善了河段水質。
此外，「基於同位素分析與GIS的營養物溯源技術」研究成果，應用於太湖流域氮磷來源解析與污染防控，2012年，張徐祥主持了江蘇省工程諮詢中心技術諮詢項目，參與編制了江蘇省太湖流域畜禽養殖污染治理專項規劃。
