学者•学生

王黎:将生活垃圾“变废为宝”

发布者:程毓发布时间:2022-03-10浏览次数:2427

记者 程毓

    走进钢铁楼王黎教授的工作室,20m²的房间一半被工作台占据,上面摆着微反应器、生物芯片和各种自制的仪器。办公桌在窗户边,桌上堆着几本砖头厚的项目报告书。“这个项目刚结题,这个项目要鉴定。”王黎指着项目书说。

    刚刚获得国家科技进步二等奖的他,每天仍和往常一样,整天泡在办公室或实验室。而这样的工作状态,他持续了四十年。正如他所说:“科研成果基于长年累月的积累。” 

大自然的神奇让他痴迷科研

    少年时,王黎就喜欢捣鼓,对人体的消化过程非常感兴趣。人们每天吃各种食物,进入胃里消化后,营养被人体吸收,废物排出体外,“真是神奇!”他用塑料袋、食材和添加料,模拟胃的蠕动和酶解过程。这也成为后来从事“人工胃仿生处理”生活废弃物的萌芽。

    敏锐的观察让他随处发现问题,理性的思考让他不断学习钻研,也使他对大自然的各种现象着迷。读本科时,他迈入“环境工程”领域,从此开启了科研长跑。从硕士到博士,进入博士后站,再到回国工作,他坚守初心、笃定前行。

    在澳洲从事博士后工作时,该国政府遇到一个大难题。澳大利亚是个岛国,使用后废弃的玻璃瓶越堆越多,严重影响环境。一天,王黎在海边散步,踩着细软的沙子,突然有了灵感。

    回到实验室,他和团队成员先用设备粉碎瓶子,然后通过物理和化学的方法,让玻璃碎片变成了天然海沙。该成果推广应用后,不仅保护了环境,还美化了海滩。

    他们又拓展研究,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,又方便雨水渗透。一系列成果应用后,当地的州长专门来到实验室,接见并表扬了他们。

    人类在利用植物、动物的过程中,每天都产生大量的废弃物,如厨余垃圾、粪便等。这些生物质固体废物里的水分和有机质含量高,易酸化、腐败、发酵和发臭,不仅影响空气的质量,还滋生强烈感染性的致病菌。传统的处理方法是堆肥、焚烧、填埋,会产生大量二氧化碳和甲烷的排放,造成二次污染环境。

    王黎在北美做研究员时,和团队师生研发了“大型化发酵”处理方式——在厨余垃圾里加入各类微生物,在一定的温度、湿度、酸碱度等条件下,通过微生物发酵作用分解。

    他们将研发的反应器装在写字楼下,解决了城市楼宇的生物质固体废物处理难的顽疾。此项技术广泛应用于城市垃圾、禽畜粪便、农作物处理等。

    “环境是人类生存的基础,过去、现在和未来都有大量工作可以做。”回国来到武科大后,他在环境领域继续深耕,研究成果不断涌现。 

与同行合作登上最高领奖台

    11月3日,2020年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重举行,王黎作为主要完成人的《基于3S维度的生物质固废清洁高效燃气能源化关键技术及应用》项目获国家科技进步二等奖。

    该项目来源于十多年前的合作。当时,王黎从事水污染、空气污染和固体废物处理研究二十多年,发表了一系列研究成果,经常受邀参加国内外学术活动,做大会主持和主题报告。天津大学的科研团队在化工和能源领域的研究在全国领先。因此,双方有了多次的交流,还开展了实验室互访。

    我国对环境保护、节能减排的标准不断提高,干净处理废弃有机污染物已不能满足国家的需求。如何“变废为宝”,成为了新的研究热点。

    王黎团队在研究厨余垃圾时发现,碳氢化合物、蛋白质、脂肪含量越高,产生的沼气越多,产生的电能就越多。一吨垃圾发电量200-400Kwh,可以为13000-26000部手机充电。若将生活垃圾等生物质固废处理利用得好,不仅降低环境污染,还能发电产能。

    双方决定强强联手,将生物质固废“变废为电”“变废为气”,并实现高效化、大型化。

    王黎带领团队在生物发酵和废水处理上,不断改进方法和技术,调整温度、碱度,严格控制二氧化碳和甲烷的排放,去除有毒物质,提高产气量,并且推进研究成果在中国石油、中国石化和生物质发电企业广泛应用。

    该成果填补了国内外的技术空白,获2016年湖北省科技进步一等奖,也奠定了王黎团队在这一领域的领先地位。

    双方团队还在工艺、设备上不断改进,研发出全流程的生物固体废物能源化技术。他们联合各地政府,在区域建立工厂,将生活垃圾集中,先分选,用热水解杀死致病生物,实现无毒化,再压榨分离出有机浆,然后通过厌氧发酵生成沼气,净化后转化为能源。

    该能源根据各区域的资源和需求,或输出天然气,供汽车使用;或输出电,供工业和居民使用。他们陆续在山东、河北、浙江等十多个省推广应用,为了不断优化技术和流程,经常到全国各地,检测运行、调整参数。该技术日益成熟,相关技术先后出口美国、加拿大、墨西哥等十多个国家。

    “全国有不少科研团队也在从事相关工作,但是,我们不仅破解了多项世界难题,而且实现了经济化、大型化和二氧化碳的高值化利用。”王黎说,“再好的技术,如果效益低,就很难转化。我们的成果广泛应用后,可以解决国内40%的天然气需求,降低我国的天然气进口量。” 

研究成果受国内外学者好评

    深耕环境领域四十年,王黎撰写出版9本学术专著,发表论文130多篇,申请授权国家发明专利57件。

    第一本学术专著是他1999年编著的《资源可持续利用技术》。该书提出了资源可持续利用的概念和内容,还有物理、化学和生物等技术,并针对核燃料、废旧汽车、家用电器、废电池、煤灰等的利用提供了方案,是当时国内较早、最全的学术专著。

    该书被国内外的专业图书馆收藏。“这本专著的很多内容,现在也不过时,至今还有高校在使用。”王黎介绍。全球该领域专家、以色列卡尔茨米特教授夸赞:“王教授的研究做得很系统,很有意义。”

    2009年,他撰写出版《环境生物燃料电池理论技术与应用》,是世界该领域首期的两部代表作之一。法国国家生物实验室主任主任马丁,了解王黎的研究成果后赞赏地说:“你们做的工作很超前。”

    王黎和美国、加拿大、俄罗斯等国的多位学者开展学术交流,从事国际科研项目。与他合作发表论文的俄罗斯叶卡捷琳娜林业大学的乌金娜教授曾评价:“你们的工作做得比我们的好多了。”

    王黎的著作被国家华夏英才文库收录。他先后担任中国能源学会理事、中国环境学会理事、中国难降解废水处理分会主席、国际污染物生物催化副主席、美国SCI&EI杂志编辑和审稿人,获得国家环境保护实业家奖。

    谈及接下来的研究,王黎说,他和团队将进一步推动“废弃物高值化再利用”研究,通过超快反应将已被严格控制的甲烷、二氧化碳等气体,转化为高附加值化合物,如医用胶布、不干胶、聚酯瓶等可降解的生活日用品和工业用品。

    “作为高校科技工作者,我们要用一流的科研成果,支撑学校学科建设,培养具有未来思维的创新型人才,服务国家科技自立自强,为创新性‘根’技术努力。”王黎表示。





返回原图
/