學者?學生

王黎:將生活垃圾“變廢為寶”

發布者:程毓發布時間:2022-03-10瀏覽次數:2427

記者 程毓

    走進鋼鐵樓王黎教授的工作室,20m2的房間一半被工作臺占據,上面擺著微反應器、生物芯片和各種自制的儀器。辦公桌在窗戶邊,桌上堆著幾本磚頭厚的項目報告書?!斑@個項目剛結題,這個項目要鑒定?!蓖趵柚钢椖繒f。

    剛剛獲得國家科技進步二等獎的他,每天仍和往常一樣,整天泡在辦公室或實驗室。而這樣的工作狀態,他持續了四十年。正如他所說:“科研成果基于長年累月的積累?!?span style="font-size:14px;"> 

大自然的神奇讓他癡迷科研

    少年時,王黎就喜歡搗鼓,對人體的消化過程非常感興趣。人們每天吃各種食物,進入胃里消化后,營養被人體吸收,廢物排出體外,“真是神奇!”他用塑料袋、食材和添加料,模擬胃的蠕動和酶解過程。這也成為后來從事“人工胃仿生處理”生活廢棄物的萌芽。

    敏銳的觀察讓他隨處發現問題,理性的思考讓他不斷學習鉆研,也使他對大自然的各種現象著迷。讀本科時,他邁入“環境工程”領域,從此開啟了科研長跑。從碩士到博士,進入博士后站,再到回國工作,他堅守初心、篤定前行。

    在澳洲從事博士后工作時,該國政府遇到一個大難題。澳大利亞是個島國,使用后廢棄的玻璃瓶越堆越多,嚴重影響環境。一天,王黎在海邊散步,踩著細軟的沙子,突然有了靈感。

    回到實驗室,他和團隊成員先用設備粉碎瓶子,然后通過物理和化學的方法,讓玻璃碎片變成了天然海沙。該成果推廣應用后,不僅保護了環境,還美化了海灘。

    他們又拓展研究,把玻璃粉末加工成拇指大小的球形,放在植物根部的四周,既起到固定作用,又方便雨水滲透。一系列成果應用后,當地的州長專門來到實驗室,接見并表揚了他們。

    人類在利用植物、動物的過程中,每天都產生大量的廢棄物,如廚余垃圾、糞便等。這些生物質固體廢物里的水分和有機質含量高,易酸化、腐敗、發酵和發臭,不僅影響空氣的質量,還滋生強烈感染性的致病菌。傳統的處理方法是堆肥、焚燒、填埋,會產生大量二氧化碳和甲烷的排放,造成二次污染環境。

    王黎在北美做研究員時,和團隊師生研發了“大型化發酵”處理方式——在廚余垃圾里加入各類微生物,在一定的溫度、濕度、酸堿度等條件下,通過微生物發酵作用分解。

    他們將研發的反應器裝在寫字樓下,解決了城市樓宇的生物質固體廢物處理難的頑疾。此項技術廣泛應用于城市垃圾、禽畜糞便、農作物處理等。

    “環境是人類生存的基礎,過去、現在和未來都有大量工作可以做?!被貒鴣淼轿淇拼蠛?,他在環境領域繼續深耕,研究成果不斷涌現。 

與同行合作登上最高領獎臺

    11月3日,2020年度國家科學技術獎勵大會在人民大會堂隆重舉行,王黎作為主要完成人的《基于3S維度的生物質固廢清潔高效燃氣能源化關鍵技術及應用》項目獲國家科技進步二等獎。

    該項目來源于十多年前的合作。當時,王黎從事水污染、空氣污染和固體廢物處理研究二十多年,發表了一系列研究成果,經常受邀參加國內外學術活動,做大會主持和主題報告。天津大學的科研團隊在化工和能源領域的研究在全國領先。因此,雙方有了多次的交流,還開展了實驗室互訪。

    我國對環境保護、節能減排的標準不斷提高,干凈處理廢棄有機污染物已不能滿足國家的需求。如何“變廢為寶”,成為了新的研究熱點。

    王黎團隊在研究廚余垃圾時發現,碳氫化合物、蛋白質、脂肪含量越高,產生的沼氣越多,產生的電能就越多。一噸垃圾發電量200-400Kwh,可以為13000-26000部手機充電。若將生活垃圾等生物質固廢處理利用得好,不僅降低環境污染,還能發電產能。

    雙方決定強強聯手,將生物質固廢“變廢為電”“變廢為氣”,并實現高效化、大型化。

    王黎帶領團隊在生物發酵和廢水處理上,不斷改進方法和技術,調整溫度、堿度,嚴格控制二氧化碳和甲烷的排放,去除有毒物質,提高產氣量,并且推進研究成果在中國石油、中國石化和生物質發電企業廣泛應用。

    該成果填補了國內外的技術空白,獲2016年湖北省科技進步一等獎,也奠定了王黎團隊在這一領域的領先地位。

    雙方團隊還在工藝、設備上不斷改進,研發出全流程的生物固體廢物能源化技術。他們聯合各地政府,在區域建立工廠,將生活垃圾集中,先分選,用熱水解殺死致病生物,實現無毒化,再壓榨分離出有機漿,然后通過厭氧發酵生成沼氣,凈化后轉化為能源。

    該能源根據各區域的資源和需求,或輸出天然氣,供汽車使用;或輸出電,供工業和居民使用。他們陸續在山東、河北、浙江等十多個省推廣應用,為了不斷優化技術和流程,經常到全國各地,檢測運行、調整參數。該技術日益成熟,相關技術先后出口美國、加拿大、墨西哥等十多個國家。

    “全國有不少科研團隊也在從事相關工作,但是,我們不僅破解了多項世界難題,而且實現了經濟化、大型化和二氧化碳的高值化利用?!蓖趵枵f,“再好的技術,如果效益低,就很難轉化。我們的成果廣泛應用后,可以解決國內40%的天然氣需求,降低我國的天然氣進口量?!?span style="font-size:14px;"> 

研究成果受國內外學者好評

    深耕環境領域四十年,王黎撰寫出版9本學術專著,發表論文130多篇,申請授權國家發明專利57件。

    第一本學術專著是他1999年編著的《資源可持續利用技術》。該書提出了資源可持續利用的概念和內容,還有物理、化學和生物等技術,并針對核燃料、廢舊汽車、家用電器、廢電池、煤灰等的利用提供了方案,是當時國內較早、最全的學術專著。

    該書被國內外的專業圖書館收藏?!斑@本專著的很多內容,現在也不過時,至今還有高校在使用?!蓖趵杞榻B。全球該領域專家、以色列卡爾茨米特教授夸贊:“王教授的研究做得很系統,很有意義?!?/p>

    2009年,他撰寫出版《環境生物燃料電池理論技術與應用》,是世界該領域首期的兩部代表作之一。法國國家生物實驗室主任主任馬丁,了解王黎的研究成果后贊賞地說:“你們做的工作很超前?!?/p>

    王黎和美國、加拿大、俄羅斯等國的多位學者開展學術交流,從事國際科研項目。與他合作發表論文的俄羅斯葉卡捷琳娜林業大學的烏金娜教授曾評價:“你們的工作做得比我們的好多了?!?/p>

    王黎的著作被國家華夏英才文庫收錄。他先后擔任中國能源學會理事、中國環境學會理事、中國難降解廢水處理分會主席、國際污染物生物催化副主席、美國SCI&EI雜志編輯和審稿人,獲得國家環境保護實業家獎。

    談及接下來的研究,王黎說,他和團隊將進一步推動“廢棄物高值化再利用”研究,通過超快反應將已被嚴格控制的甲烷、二氧化碳等氣體,轉化為高附加值化合物,如醫用膠布、不干膠、聚酯瓶等可降解的生活日用品和工業用品。

    “作為高??萍脊ぷ髡?,我們要用一流的科研成果,支撐學校學科建設,培養具有未來思維的創新型人才,服務國家科技自立自強,為創新性‘根’技術努力?!蓖趵璞硎?。





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