以廢治廢、變廢為寶！清華SIGS“綠色實驗室”里的“產(chǎn)研密碼”

從污水處理廠的“成本之痛”

再到凈水器濾芯的“民生難題”

城市綠色發(fā)展的每一處“堵點”

都亟待環(huán)境科學(xué)與工程的技術(shù)破局

在清華SIGS

林琳副教授團(tuán)隊

以全新的污染控制理念

幫助城市廢物“重獲新生”

今天，讓我們跟隨鏡頭

一同見證

這個“綠色實驗室”里的“產(chǎn)研密碼”

少！難！貴！

城市廢物處置的“三重困境”，催生創(chuàng)新靈感

在“無廢城市”建設(shè)進(jìn)程中，有機(jī)固廢處理效率低、資源化價值難以釋放一直是行業(yè)公認(rèn)的難題。我國城市每天要處理約50萬噸餐廚垃圾，而集中式處理設(shè)施“少”、分散式處理過程“難”。污水處理廠需要購買大量商品碳源，才能滿足水中含氮污染物的去除要求。如何通過技術(shù)讓企業(yè)實現(xiàn)“降本增效”，成為城市廢物管理與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重要任務(wù)之一。

那么，何以破局？

如果說微生物是垃圾水解的“清潔工”，那么?有機(jī)碳源就是微生物清潔工在分解污水過程中的“能量口糧”。

“既然污水處理需要大量碳源，餐廚垃圾中又富含可利用有機(jī)物，何不‘以廢制廢’？”林琳表示，為了解決以往大型城市餐廚垃圾處理的效率偏低、資源化周期較長、商品碳源消耗大的“三重困境”，自己和團(tuán)隊決定另辟蹊徑，聯(lián)合深圳三家本地企業(yè)，用“定制攻關(guān)”來回答這個難題。

在深圳市科技創(chuàng)新局的資助下，歷經(jīng)三年研發(fā)，林琳帶領(lǐng)團(tuán)隊研發(fā)出“餐廚垃圾快速水解產(chǎn)酸與污水高效協(xié)同脫氮集成技術(shù)”。從餐廚垃圾中回收揮發(fā)性脂肪酸（VFAs），把它作為污水處理的補(bǔ)充碳源，從而解決人工碳源“糧價”居高不下，同時實現(xiàn)餐廚垃圾高值資源化。

經(jīng)三相分離處理后的餐廚垃圾液進(jìn)入發(fā)酵罐，在精準(zhǔn)“拿捏”溫度、pH和有機(jī)負(fù)荷等關(guān)鍵參數(shù)下，經(jīng)過48至72小時的強(qiáng)化水解酸化，就能產(chǎn)出高濃度的VFAs。配合高精度的系統(tǒng)算法，將VFAs“精準(zhǔn)投喂”至污水處理系統(tǒng)，餐廚垃圾就變成了“脫氮神器”。

“技術(shù)落地后，我們碳源使用量同比下降85%，除磷劑下降93%，遠(yuǎn)優(yōu)于地表水準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。” 碧匯源污水處理廠運(yùn)行負(fù)責(zé)人的反饋，印證了技術(shù)的產(chǎn)業(yè)價值。

環(huán)保技術(shù)的“組合拳”？

“生物發(fā)酵+化學(xué)精煉”給污泥中的“閑置磷”鍍金

“以廢治廢”的思路給了團(tuán)隊啟發(fā)，既然餐廚有機(jī)物能通過快速水解產(chǎn)酸助力污水脫氮，那么，有沒有進(jìn)一步將污水中的其他資源通過生物發(fā)酵技術(shù)“淘”出來，實現(xiàn)“變廢為寶”？

林琳和團(tuán)隊給出了肯定答案。

新能源電池對磷需求巨大，傳統(tǒng)采礦費(fèi)錢又傷環(huán)境，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，市政污水污泥里，就藏著大量的“閑置磷”。

以電池用磷酸鐵為目標(biāo)的市政污水磷回收技術(shù)

瞄準(zhǔn)深圳市政污水污泥中未開發(fā)的磷資源，團(tuán)隊開發(fā)了污染物前端分離捕集與高效生物轉(zhuǎn)化的技術(shù)體系。經(jīng)過兩年的反復(fù)試驗，這套“生物發(fā)酵+化學(xué)精煉”的“組合拳”，成功將污泥中的磷轉(zhuǎn)化為電池級高純度磷酸鐵。

“市政污泥成分復(fù)雜，有機(jī)質(zhì)含量不高，生物發(fā)酵釋放磷的效率較低。”林琳解釋道：“引入富含有機(jī)質(zhì)的餐廚垃圾與污泥共同發(fā)酵，能將磷酸鐵回收效率從20%提升到80%。”

用富磷污泥替代磷礦，電池原料制造成本與碳排放量可降低20%以上；與回收粗磷肥料產(chǎn)品相比，生產(chǎn)電池級磷酸鐵能將污水磷資源回收的經(jīng)濟(jì)效益提高5倍以上。這一創(chuàng)新技術(shù)讓團(tuán)隊一舉斬獲日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高榮譽(yù)“日內(nèi)瓦城市獎”，并獲得美國發(fā)明專利授權(quán)，讓清華團(tuán)隊的污水資源化技術(shù)站上國際舞臺。

比狗尾巴草更輕！

超輕“黑海綿”，將飲用水里的隱形垃圾“一網(wǎng)打盡”

市政污水和餐廚垃圾處理的“破題”是團(tuán)隊在廢物資源化方面取得的階段性成果，如何讓老百姓喝上更干凈安全的飲用水，也是林琳團(tuán)隊多年來投入的重點工作。

針對傳統(tǒng)凈水器濾芯吸附性能不高、再生困難、壽命短的問題，團(tuán)隊創(chuàng)新地研發(fā)出“高通量超輕碳海綿濾芯”，能對水中懸浮顆粒和細(xì)菌實現(xiàn)100%去除。與傳統(tǒng)濾水材料活性炭比，這款碳海綿濾芯擁用柔性三維的多孔結(jié)構(gòu)，重量更“輕”、吸附更“快”、效率更“高”，一小塊濾芯的重量，甚至比一根狗尾巴草還輕。

林琳團(tuán)隊研發(fā)的新型超輕高性能碳海綿凈水濾芯

常規(guī)的顆粒活性炭的碳原子暴露率在10%-30%左右，而團(tuán)隊研發(fā)的這款碳海綿濾芯有99%的碳原子暴露率，讓它像張開了無數(shù)個“小手”，比傳統(tǒng)凈水材料能“抓”住更多水里的臟東西。不僅能有效過濾水里的重金屬，還能凈化水里的余氯、鈣鎂離子、全氟化合物、氮磷污染物和大腸桿菌，滿足新時代消費(fèi)者對飲用水“凈化”與“軟化”的雙重需求。

如今，這項技術(shù)已在清華大學(xué)深圳國際研究生院科研處技術(shù)轉(zhuǎn)移中心與概念驗證中心的幫助下實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，并通過專利許可，正式授權(quán)給Oassay品牌公司用于戶外便攜式凈水杯生產(chǎn)。2025年8月底上市后，銷售額迅速突破100萬元，成為戶外運(yùn)動愛好者的“飲水神器”。

深圳衛(wèi)視報道林琳團(tuán)隊的高性能超輕凈水濾芯材料項目

實驗室里的“小海綿”以“更輕盈”的體態(tài)和超強(qiáng)的凈化力，“搖身一變”為戶外便攜式凈水杯。而在國際市場上，這款“清華造”濾芯也受到美國、歐洲、東南亞等地區(qū)家庭的關(guān)注。

“他們需要性價比高、易維護(hù)的產(chǎn)品，我們的碳海綿濾芯正好能滿足這些需求。”林琳介紹，團(tuán)隊這項技術(shù)目前已獲日內(nèi)瓦國際發(fā)明展的銀獎，還獲批了中國和美國的發(fā)明專利。下一步，他們希望計劃把這項凈水技術(shù)推廣到更多國家和地區(qū)，讓這款海綿濾芯幫助更多人解決飲水問題。

清華實力+深圳速度！

從實驗室到生產(chǎn)線，不再是“西天取經(jīng)”

從“實驗室”到“生產(chǎn)線”，林琳團(tuán)隊的科研技術(shù)轉(zhuǎn)化離不開“清華+深圳”的雙重“Buff”疊加和托舉。深知技術(shù)轉(zhuǎn)化是科研價值的重要體現(xiàn)，為此，團(tuán)隊一直以來都與深圳市政府和企業(yè)進(jìn)行深度“綁定”，在實踐中優(yōu)化技術(shù)、完善方案。

林琳團(tuán)隊“高性能超輕凈水濾芯材料”項目獲第二十六屆中國國際高新技術(shù)成果交易會“優(yōu)秀科研成果創(chuàng)新獎”

在市政環(huán)保領(lǐng)域，團(tuán)隊與深圳水務(wù)集團(tuán)合作的污泥減量與資源化技術(shù)，率先在深圳市南山區(qū)水質(zhì)凈化廠開展中試驗證，隨后成功推廣至鹽田污水處理廠等多個項目。

餐廚垃圾協(xié)同脫氮技術(shù)在深圳碧匯源項目落地后成效顯著，企業(yè)碳源使用量同比下降85%，出水總氮低于10 mg/L，達(dá)到地表水準(zhǔn)IV類標(biāo)準(zhǔn)。

此外，團(tuán)隊研發(fā)的重金屬破絡(luò)合技術(shù)也在金茂源環(huán)保集團(tuán)惠州產(chǎn)業(yè)園落地，大大提升了電鍍廢水的處理效能，幫助企業(yè)減少污泥產(chǎn)量60%以上，為表面處理行業(yè)綠色發(fā)展提供了低成本解決方案。

“從實驗室小試到中試，再到規(guī)模化生產(chǎn)，我們?nèi)谈M(jìn)，確保技術(shù)落地后的產(chǎn)品性能穩(wěn)定。”負(fù)責(zé)該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化銜接的團(tuán)隊成員，清華大學(xué)深圳國際研究生院2025級環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)博士生何敏杰表示，看到自己參與研發(fā)的產(chǎn)品走進(jìn)千家萬戶，為城市環(huán)境改善貢獻(xiàn)力量，他倍感榮幸。

企業(yè)“出題”，SIGS“答題”

清華科創(chuàng)力量成為灣區(qū)綠色引擎

“環(huán)境研究不能只停留在論文里，要真正扎根產(chǎn)業(yè)、解決實際問題。”

2020年，林琳成為清華SIGS環(huán)境與生態(tài)研究院的一名年輕教師，作為國家重點研發(fā)計劃青年首席科學(xué)家，她與團(tuán)隊一起聚焦有機(jī)固廢與廢水處理領(lǐng)域，開啟了一場長達(dá)5年“變廢為寶”的技術(shù)革命。

清華SIGS科研處組織林琳項目轉(zhuǎn)化服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)組對接會

截至目前，林琳團(tuán)隊已獲授權(quán)美國專利2項、中國專利16項，其中2項實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)銷售，用實打?qū)嵉某晒蔑@了其技術(shù)轉(zhuǎn)化的硬實力。

林琳團(tuán)隊“以電池用磷酸鐵為目標(biāo)的城市污水磷資源回收新技術(shù)”項目

獲第49屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展“日內(nèi)瓦城市獎”“杰出創(chuàng)新獎”“特別嘉許金獎”

“我們希望讓實驗室的技術(shù)走進(jìn)更多城市、更多場景。”林琳表示，未來團(tuán)隊將繼續(xù)瞄準(zhǔn)市場痛點，聚焦水處理、固廢處置與資源化、環(huán)境材料開發(fā)三大領(lǐng)域，進(jìn)一步深化產(chǎn)學(xué)研合作，推動更多環(huán)保技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，讓來自清華的科創(chuàng)力量持續(xù)成為灣區(qū)的“綠色引擎”。

林琳，清華大學(xué)深圳國際研究生院環(huán)境與生態(tài)研究院副教授、博士生導(dǎo)師，國家重點研發(fā)計劃青年首席科學(xué)家。圍繞水污染控制與有機(jī)固廢資源化方向開展深入研究，發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇，以（共同）第一/通訊作者在Nature Water（2篇）、PNAS、Water Research、Environmental Science & Technology等高水平SCI期刊上發(fā)表論文44篇，h指數(shù)35，入選斯坦福全球前2%頂尖科學(xué)家。授權(quán)美國專利2項，中國專利16項，其中2項已轉(zhuǎn)化應(yīng)用，實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)銷售。研究成果榮獲日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高榮譽(yù)“日內(nèi)瓦城市獎”、中國環(huán)境技術(shù)進(jìn)步一等獎、中國國際高新技術(shù)成果交易會“優(yōu)秀科研成果創(chuàng)新獎”、廣東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)一等獎、廣東省生態(tài)環(huán)境青年科技獎（優(yōu)秀獎），深圳市第三屆優(yōu)秀科技學(xué)術(shù)論文成果等。主持國家重點研發(fā)計劃項目，國家自然科學(xué)基金項目，廣東省自然科學(xué)基金杰出青年項目，深圳市科技創(chuàng)新局重大專項等。主編工程教育專業(yè)認(rèn)證通識課程教材1部，參編Wiley英文學(xué)術(shù)專著1章，獲評清華大學(xué)“良師益友”稱號。擔(dān)任Journal of Hazardous Materials Advances青年編委，Nature Water、

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策劃|宣傳辦公室 科研處技術(shù)轉(zhuǎn)移中心

來源|林琳課題組 科研處 深圳衛(wèi)視“深視新聞”

視頻|劉雨薇 戴雨靜

文|戴雨靜

鳴謝|科研處 環(huán)境與生態(tài)研究院

審核|聶曉梅 崔藝文 張巍 郭亞楠 朱沐

排版|胡靜雯