致力農(nóng)業(yè)污染 潛心廢物利用
——記中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院副教授張濤

□ 劉 江

張濤

科技興農(nóng)，長久以來，農(nóng)業(yè)都是一個(gè)國家生存的根基，但在為農(nóng)業(yè)發(fā)展不斷注入科技因素的同時(shí)，我國每年產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物也在不斷增加，大量的農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便得不到充分利用，由此而產(chǎn)生的環(huán)境污染問題已嚴(yán)重影響到我國生態(tài)環(huán)境的安全，也引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。

有時(shí)候，換一種思路，也許會(huì)發(fā)現(xiàn)許多新的機(jī)會(huì)。既然大量農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)生不可避免，何不利用這些廢棄物來改善生態(tài)環(huán)境呢？這正是中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院副教授張濤每日都在思考的問題。多年來，他一直在農(nóng)業(yè)廢棄物處理與資源化方面不斷探索，重點(diǎn)針對(duì)秸稈、糞污等農(nóng)業(yè)廢棄物資源的利用進(jìn)行研究，試圖解開農(nóng)業(yè)污染的難題。

換一種心境 興趣使然投身科研

提起和廢棄物處理與資源化的結(jié)緣，張濤直言是源于興趣，這份因興趣而結(jié)緣的工作也給予張濤在科研道路上最好的回饋。長期以來，一直重復(fù)著同樣研究工作的張濤絲毫沒有感到枯燥，他每日所思所想的是如何在研究上以求精進(jìn)，向往的是怎樣才能在科研中有所進(jìn)步。也許沒有人知道巔峰在哪，但在張濤看來，只要他一直努力向上，總會(huì)有達(dá)到巔峰的那一刻，他也為此甘愿一生投身于農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用的研究中。

積土為山，積水為海，科研對(duì)于張濤而言，猶如無底洞，是一個(gè)由量變引起質(zhì)變的過程，在探索和開發(fā)無數(shù)科學(xué)奧秘的道路上，他一直腳踏實(shí)地，從未動(dòng)搖過自己的決心。帶著這份執(zhí)著，張濤在南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)開啟了自己科學(xué)之旅，隨著對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的深入，他愈發(fā)感到心有余而力不足，意識(shí)到自己需要學(xué)習(xí)的還有很多。于是，本科畢業(yè)后，張濤選擇到南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，師從我國著名環(huán)境工程專家任洪強(qiáng)教授，攻讀環(huán)境工程專業(yè)博士學(xué)位，對(duì)環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域進(jìn)行了較為深入與系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

科學(xué)就是如此，了解得越多就越感興趣，2011年獲得博士學(xué)位的張濤選擇到中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院任教。之所以選擇中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，張濤表示一是看重學(xué)校良好的研究平臺(tái)，二是能夠與許多優(yōu)秀的同行一起工作，對(duì)他來說更是一種激勵(lì)。

剛剛走出校園，成為一名老師，張濤還沒有完全適應(yīng)角色的轉(zhuǎn)換，但在教學(xué)中，自詡為“新手”的張濤，也有自己的小竅門，這其中就不得不提到對(duì)他教學(xué)理念影響至深的Bruce Rittmann教授。在美國亞利桑那州立大學(xué)訪學(xué)期間，這位年近70歲的教授仍然堅(jiān)持在科研和教學(xué)第一線，每次上課也總是去得最早走得最晚的那一個(gè)。尤其令張濤難以忘懷的是，初來乍到，正當(dāng)他為遇到的研究難題苦思冥想之際，是這位老先生循序漸進(jìn)地引導(dǎo)他走出困境，并手把手教他怎樣解決問題。“老師對(duì)待學(xué)生就像對(duì)待自己的孩子一樣。”張濤感慨道。這種在科研和教學(xué)上的“親力親為”，張濤也延續(xù)到自己的教學(xué)過程中。此外，張濤表示他希望學(xué)生一定要選擇適合自己的研究方向，更要明白學(xué)習(xí)的重要性，注重學(xué)習(xí)中的微小細(xì)節(jié)，隨時(shí)隨地都要保有一顆善于學(xué)習(xí)的心。

隨著時(shí)間的推移，張濤這顆善于學(xué)習(xí)的心也漸漸發(fā)生轉(zhuǎn)變，他從研究層面出發(fā)，發(fā)現(xiàn)國家的發(fā)展與進(jìn)步是需要多種工業(yè)化技術(shù)與先進(jìn)智慧工程相伴的，一種先進(jìn)的科學(xué)理念往往會(huì)引領(lǐng)一個(gè)全新的研究方向發(fā)展。因此，拋開教師身份，身為一名科研工作者，張濤時(shí)刻以身作則，隨時(shí)準(zhǔn)備奔赴下一個(gè)科學(xué)戰(zhàn)場。

換一種方法 糞污安全利用獲突破

張濤發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)這個(gè)科學(xué)戰(zhàn)場，在悄然發(fā)生著翻天覆地的變化。如今，養(yǎng)殖業(yè)不再秉持以往一貫的“外延擴(kuò)大”、“爭地盤”和“壯塊頭”等經(jīng)營思路，而是拋棄外在，轉(zhuǎn)向培養(yǎng)內(nèi)在，向以“強(qiáng)化內(nèi)涵”為主的經(jīng)營思路，也就是集約化養(yǎng)殖靠攏。

目前，畜禽養(yǎng)殖污染已成為我國農(nóng)業(yè)污染的首要來源。該如何處理這些畜禽養(yǎng)殖糞便呢？張濤決定找到一種新的處理方法。為此，從2016年開始，他便全心投入到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“糞水與沼渣沼液有害物質(zhì)控制與農(nóng)田安全利用關(guān)鍵技術(shù)研究”的研究中，并取得了階段性勝利。

通常，糞水、沼液沼渣中都含有超標(biāo)的Cu、Zn等重金屬元素和大量養(yǎng)分磷元素。張濤與團(tuán)隊(duì)決定采用熱水解技術(shù)對(duì)糞水及沼液沼渣中的磷元素進(jìn)行高效釋放活化，以此來研究磷元素形態(tài)轉(zhuǎn)化與重金屬沉淀分離過程中的關(guān)鍵調(diào)控技術(shù)參數(shù)。他們采用鳥糞石技術(shù)來肥料化液相盈余磷素，以便對(duì)磷素肥料化過程中的熱動(dòng)力學(xué)邊界條件與過程控制參數(shù)進(jìn)行研究。他還采用了主成分分析法建立養(yǎng)分平衡數(shù)學(xué)模型，對(duì)處理后糞水與沼液沼渣養(yǎng)分有效性的優(yōu)化機(jī)制進(jìn)行預(yù)測。

取得的系列研究成果顯著降低了糞水與沼渣沼液中潛在的抗生素、重金屬擴(kuò)散的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，畜禽糞便等生物肥料的總體安全性也明顯提高。張濤提到，這不僅對(duì)養(yǎng)殖業(yè)意義重大，未來還會(huì)在高端蔬菜花卉生產(chǎn)、室內(nèi)園藝作物的栽培等產(chǎn)業(yè)方面有廣闊的應(yīng)用前景。

換一種途徑 農(nóng)業(yè)廢棄物資源新升級(jí)

獲頒第十屆發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)

處理農(nóng)業(yè)廢棄物，是否該換一種新的途徑來解決呢？據(jù)前期經(jīng)驗(yàn)所得，在豬糞堆肥過程中，NH3損失的量占據(jù)總損失原料的30%～50%，而CO2和CH4損失的碳量可高達(dá)66.7%，這些元素的損失機(jī)理、途徑和原位控制是什么呢？這急需得到進(jìn)一步研究。

在我國好氧轉(zhuǎn)化研究中，堆肥物料的礦化和腐殖化過程是其研究重點(diǎn)。雖然目前已經(jīng)構(gòu)建了一部分堆肥腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)，但張濤認(rèn)為，過去單一的評(píng)價(jià)指標(biāo)已經(jīng)顯得有些“力不從心”，將化學(xué)指標(biāo)和生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行結(jié)合來評(píng)價(jià)腐熟度才是今后發(fā)展的趨勢，而難點(diǎn)就在于一些難培養(yǎng)的微生物無法通過分離培養(yǎng)法篩選農(nóng)業(yè)廢棄物降解菌株而獲得。

為此，在2017年“農(nóng)業(yè)面源和重金屬污染農(nóng)田綜合防治與修復(fù)技術(shù)研發(fā)”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃申報(bào)指南中，張濤就其中一個(gè)研究方向“農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用機(jī)制”的基礎(chǔ)上，開展了對(duì)“農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化機(jī)制與腐熟特征研究”項(xiàng)目的研究。

他在元素分析、光譜分析、質(zhì)譜分析技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，將其與核磁共振、電子順磁共振、熱解質(zhì)譜和同步輻射聯(lián)用等技術(shù)相結(jié)合，分別從分子和離子尺度來研宄農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化過程與穩(wěn)定化和發(fā)芽率之間的指數(shù)關(guān)系，探討了多元物料生物轉(zhuǎn)化過程中分子與離子的生物毒性本質(zhì)與機(jī)理，在理論上獲得一定的創(chuàng)新。此外，他還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了外源和內(nèi)源添加材料對(duì)穩(wěn)定化和生物毒性的調(diào)控機(jī)制，在技術(shù)層面上明確了多元物料農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定化的調(diào)控方向和調(diào)控途徑。

項(xiàng)目取得的成果將會(huì)有助于突破長久以來農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物等農(nóng)田污染物全方位防治與修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)上的瓶頸，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行資源化利用的目的。這種變“廢”為“寶”的新途徑，也將有助于促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物無害化消納利用率達(dá)到95%的目標(biāo)，大大減少由農(nóng)業(yè)廢棄物造成的環(huán)境污染，并獲得良好的社會(huì)和生態(tài)效益。

歲月更迭，科研一直是張濤心中執(zhí)著的信仰，未來，他仍會(huì)在廢棄物處理與資源化研究的道路上，從容不迫，直面挑戰(zhàn)。