高端访谈|David Waite 教授：好的研究不仅要理解自然规律，还要改善自然环境
《科技与金融》高端访谈栏目将连续多期对多位高层次外国专家进行专访，为产业的技术升级、产业转型把脉献策，探讨产业发展及国际合作等方面的机遇和挑战，为读者带来国际合作的经验借鉴与启发。
当你坐飞机飞越澳大利亚上空，就会发现这片大陆的中西部地区沙漠连绵，水源匮缺，人烟稀少。因此，在水资源利用和管理方面，澳大利亚多年来进行了深入的探索，并取得了不少成功的经验。
其中，新南威尔士大学（悉尼）土木与环境工程学院的卓越教授David Waite 从事近30年的水处理技术研究，在苦咸水净化、污水处理等领域的基础研究和应用技术上获得的成就，为世界水处理和环境管理作出了杰出贡献，并当选为美国国家工程院外籍院士。
David Waite 教授曾在1993年至2006年间，担任新南威尔士大学水研究中心主任，此前他曾在维多利亚州国家河流与供水委员会工作了5年。
现在David Waite教授受聘出任新南威尔士大学（宜兴）环境技术转移中心（下称“新宜中心”）董事长兼CEO。在他眼中，好的科学研究不仅要理解自然界中的运作规律，还要懂得利用这些知识来改善我们对自然系统的管理，同时开发新技术来改善自然环境。
20多年前，David Waite教授就已经开始接触中国的环保事业。如今，他的核心研究已经通过深入的产学研合作和技术转移在中国落地扎根，为中国市政及工业污水和西北偏远地区地下苦咸水等问题提供了“澳式解决方案”。
例如，David Waite教授带领科研团队开发的“太阳能驱动的膜电容去离子苦咸水净化系统”能够帮助中国西北偏远地区解决淡水紧缺的问题，他们与国内环保领军企业共同在中国西北及澳洲中部进行实验项目。
本期《科技与金融》特邀David Waite教授与新宜中心总经理王远博士，介绍新宜中心的水处理技术优势和应用前景，分享中澳技术转移和产学研合作模式，为中国水资源管理和环保事业建言献策。
Q 《科技与金融》记者DW David Waite 教授WY 王远博士
“澳式解决方案”在中国
后来我到了莫纳什大学读博士，刚开始的研究方向是外太空化学。但是，外太空化学研究的是太空中的化学作用，与我们的现实生活相距甚远。于是我延迟了一年的学习，到了维多利亚州政府机构做了5年的水应用研究。
后来我决定攻读水化学与环境工程方向的博士学位，最后被美 国麻省理工学院录取，并在1984年获得了博士学位，主攻方向是自然和工程系统中的氧化还原化学，也就是研究氧化还原过程中的速度以及影响速度的因素。
虽然我日后在许多不同领域中工作，但氧化还原的核心知识是与之相通的，是我研究的关键。
在麻省理工学院从事水处理技术成为了我环境工程研究生涯的起点，直到今天我仍然热爱并坚持在这个领域中探索。
我的研究目标是做高质量且有应用价值的研究。我认为好的研究，不仅要理解自然界中的运作规律，还要利用这些知识来改善我们对自然系统的管理，同时开发新技术来改善自然环境。
例如，1984年我开始做阳光对海洋藻类对铁摄取影响的研究。我们发现藻类的生长速度慢，原因是铁供应不足，并意识到阳光是藻类吸收铁的关键要素。
这项研究对人类意义非凡，因为海洋中的藻类能对二氧化碳起到固碳作用，对全球变暖和控制全球碳平衡影响巨大。
我认为中国在工业废水的问题更为严重和迫切，未经处理排放的工业废水会造成极为严重的环境问题。因此，我认为最大的挑战是找到处理工业废水的办法，以及从废水中回收资源进行再利用。
我们正在研究一系列的解决方案，用不同的技术来处理工业废水，如电化学技术、高级氧化工艺、新型膜科技等。
例如在处理高浓度高盐度工业废水方面，我们和电镀厂合作处理废水中大量的镍和铜，使其达到安全排放的标准。
另外，在处理地下水方面，我们正在研发的一项新技术用于处理硬质地下水脱盐，即处理含有高含量钙、镁等物质的地下苦咸水。
新宜中心与金风环保有限公司合作，在西北地区去除当地硬水中的钙、镁等离子。我们的技术能够有效改善水质，达到家庭用水及农业用水的标准，解决水资源短缺的问题。
中国西北地区也存在类似的问题，这也是我们在西北试验这项新技术的原因。然而，虽然澳大利亚中部地区水资源匮乏，但人口稀少，水资源的问题影响相对中国较少。
中国面临的挑战不仅是如何解决这些问题，同时也要清醒认识到好的解决方案需要时间来研发。我理解环境问题带来的压力，但我们在研发技术的时候应该慢下来，快速找到解决方案的想法是不现实的。
我认为，环境问题的解决需要一套“组合拳”——制定政策、加强监管和研发新技术，多方入手来治理问题。
近年来，中国政府制定了更严格的水质管理政策和法规，我认为这个目标是正确的。现在的挑战则是如何更有力地实施新政策，以及寻找创新技术来实现环保目标。我们也将持续参与到这个过程中，为中国的环保提供更多的创新技术。
David Waite教授与团队成员检查膜电容去离子设备
膜电容去离子化技术（mCDI）是新南威尔士大学及新宜中心开发出的一种新型电化学脱盐净水技术，它利用施加在两电极间的电场使水中的带电离子定向移动到电极表面形成双电层电容而被固定，从而达到除盐净水的目的。
太阳能驱动的膜电容去离子设备（mCDI)
同时双电层电容的放电过程可以将除盐过程中消耗的大部分电能回收再利用，从而大幅提高该工艺过程的能量利用效率。
相比于现有的多级闪蒸、反渗透和电渗析等脱盐技术，mCDI具有很大的能耗优势，处理每吨苦咸水仅需0.4度电。而耦合太阳能光伏供电系统后，mCDI在偏远地区可独立运行，无须外接电网。
考虑到中国西北内陆很多地区极度缺乏淡水资源同时又用电困难，却有着丰富的太阳能资源，新南威尔士大学及新宜中心研发的太阳能驱动膜电容去离子净水系统将有非常广阔的市场应用前景。
高级氧化工艺的本质核心涉及制备具有超强氧化能力的活性氧化剂（羟基自由基），从而实现有机污染物的彻底降解。活性氧化剂的合成路径依托于能源输入（紫外光）或催化剂添加（二氧化钛或者二价铁等），从而激活主体氧化剂（如臭氧或过氧化氢）。
在中国，随着污水处理排放指标的日趋严苛，高级氧化工艺已成为污水处理领域的迫切技术需求。
新宜中心科学研发团队长期致力于高级氧化工艺的应用基础研究。基于其对该工艺过程机理与反应动力学的深度解析，已开发出一系列新型高级氧化技术工艺，可以针对性地实现难生物降解和毒性有机物的高效去除，最终达到污水处理单元的综合“零排放”。
利用CFD设计低能耗抗污染膜生物反应器
这样操作的好处是使我们对膜过程的计算模拟方面有一套完整的系统，从局部的膜组器设计及膜污染控制，到大型膜池的流场都能进行模拟。
此外，我们经常和国内外的企业合作，例如碧水源的膜组件从2010年起都是由我们来进行优化的。我们从2006年开始坚持至今，全世界采用这种方式的膜科学研究屈指可数。
除了新型膜科技之外，新宜中心的很多技术目前还处在实验室阶段，大部分都还没有商业化。在新型膜科技领域，我在新南威尔士大学的团队用计算流体力学为碧水源设计了一个新的膜组件，目前已经投入应用并批量生产了。
王远博士
由我们设计、新宜中心制造的mCDI样机已经在金风环保的支持下投放在西北地区进行测试，明年1月澳大利亚中部偏远地区也将试点使用我们设计、金风环保监督的mCDI样机。
金风环保一直是我们优秀的合作伙伴。到目前为止，我们已经和金风环保顺利地开展了两年的合作。金风环保作为项目的产业合作方，加入了我们的一项由澳大利亚研究理事会支持的工业研究项目。
在此基础上，我们拓展了合作范围，由金凤环保监督承建商建设在澳大利亚的试点工程。凭借着丰富的经验，金风环保在制造样机方面为我们提供了很好的建议。
然而在过去的数个月里，受新冠疫情影响，我们无法与中国的合作单位进行面对面的沟通，跨国合作项目也在一定程度上受阻，项目的进行备受挑战。但尽管如此，我仍然对与金风环保继续保持良好的合作关系充满信心。
因为开发新技术的路不可能一马平川，但只要研究方和产业方保持有效频繁的沟通，一起想办法解决问题，那么办法总比困难多。
除了金风环保之外，北京碧水源科技也是我们长期合作的企业之一。碧水源是中国膜材料研发、膜设备制造、膜工艺应用的龙头环保企业，与澳大利亚新南威尔士大学火炬创新园的合作项目主要围绕开展水净化新材料和膜技术在污水处理中的研究与应用。多年来，碧水源都积极参与了我们的膜科学研究当中，并就研究成果同我们讨论及提供反馈建议。
就好像你将第一台空调和现在的空调价格进行比较是不合理的，因为随着时间的发展，新技术无论在工艺上还是商业上都将更加成熟，价格也会随之降低。但是，科研院所在早期研发新技术的人力、物力投入，不断创新、试错以从0到1的过程，其定价是有合理性的。
其次，澳大利亚的知识产权制度和中国的非常不同，在澳大利亚，企业和科研院所只保护有商业价值的知识产权；而在中国，专利就像是彰显公司业绩的记录，而不是出于保护知识产权的目的。这对中国的公司很重要，我们正在不断学习和了解中国的知识产权制度。
在过去的20年里，我看到了中国与外部各方合作的意愿越来越强烈，海外研究机构能够更积极地参与到高校和产业的发展中，这也意味着中国真正实现了对外开放。
2016年，中国科技部在澳大利亚新南威尔士大学建立了中国首个境外由工业来引领的火炬创新园，这在很大程度上帮助了新南威尔士大学与中国政府和产业界建立起非常密切的合作关系。
我认为，火炬计划让产业、高校和政府之间加强联系，是产学研合作的一个成功模式。
然而，中国的产业界仍然要清晰地认识到产学研合作中的挑战。企业是利润驱动的，但技术研发需要时间，这是难以调和的不匹配性。污水处理技术从研发到应用需要大量时间，也是新宜中心在做技术转化的时候经常会遇到的问题。
因此我一直认为，产学研合作成功的关键是从一开始就建立好沟通机制，研究机构必须充分理解企业的需求，合作双方对应用技术的研发过程需要有共识。同时，企业对于技术研发的交付日期需要更灵活地处理。
比如说原定6个月的研发时间，结果可能只需要3个月，但有也可能长达9个月，这就需要企业和研究机构保持充分沟通和相互理解。
对于研究人员而言，将一项技术从想法到落地应用的过程是一个巨大的挑战，这不仅仅要求他们进行小规模、高质量的研究工作，更是需要花费大量时间和精力将研究转化为技术应用到实际场景中。
新材料的研究很多，真正的挑战是如何与产业合作进行技术转移，这就需要他们既具备研究能力，同时也要了解行业需求和政策法规。
搜索文章/转载
请戳菜单栏
qkbj@ste.gd.cn
投稿合作请洽
+86 20-8316-3251
商务合作请洽
本文摘选自《科技与金融》杂志2021年1-2月刊
欢迎扫描文末二维码
订购本刊