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“鹵水點豆腐” 污水變清流

來源:中國科學報 作者:田瑞穎 人氣: 發布時間:2021-01-20 09:03:57

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李來風團隊在超導磁體裝配現場。

占地僅200平方米,日處理污水5000噸,水質達到國家一級A類標準。在浙江省桐廬縣下洋洲排澇站,渾濁的污水流經“神秘”藍色集裝箱后變得十分清澈,令其發生改變的就是超導技術。

“與傳統污水處理技術相比,超導技術處理污水占地更少、效率更高、速度更快、費用更低、產生的二次污染物更少!敝袊茖W院理化技術研究所(以下簡稱理化所)研究員、低溫材料及應用超導研究中心主任李來風告訴《中國科學報》,而藍色集裝箱正是他們所研制的一體化超導污水處理設備。

逐步實現應用

醫用核磁共振成像儀是超導技術應用的典型!俺瑢У膬瀯菔瞧淞汶娮,可以產生很強的磁場!崩顏盹L說。

他解釋道:“傳統磁體分為普通電磁體和永磁體,普通電磁體的磁場強度若要達到幾個T(特斯拉)是很難的,因為導線電阻發熱。目前,永磁體最大的磁場強度在1T左右,還是在兩塊磁體離得比較近的前提下。而超導磁體可以很容易獲得3T甚至更高的磁場,磁場空間范圍大,耗電量小,幾乎不發熱!

早在20世紀70年代,國內外就開始探索超導磁分離污水處理技術。由于磁體需要在零下269℃的低溫下才能實現超導,而當時的技術手段主要是液氦冷卻,裝置龐大,系統運行可靠性很低,難以實現工業應用。

隨著小型制冷技術的突破和材料科學發展的進步,近十幾年,超導磁分離技術在水處理領域的應用逐漸成為可能。李來風說:“該技術也被認為是繼超導磁體在‘醫用核磁共振成像譜儀、礦物磁性雜質分離’后,又一項實現超導工業應用的技術!

在李來風看來,超導技術處理污水的過程,好比“鹵水點豆腐”。

首先,針對污水、廢水中的不同污染物類型,科研人員在水中預先加入帶有不同官能團的磁種顆粒,通過靜電吸附、氫鍵、離子交換作用、范德瓦爾斯力、配位作用、共沉淀等機制,將水中無磁性的污染物與磁種結合,使污染物聚集并帶有磁性。

其次,當污水流經超導磁體腔體內聚磁介質產生的大范圍高梯度可控磁場,利用磁力對污染物進行深度捕捉去除,從而實現水體凈化的效果。另外,污水處理所使用的磁種顆粒材料還可以回收循環使用。

打開一扇新窗

中國工程院院士王浩在該項目鑒定會上指出:“該技術實現了從‘0’到‘1’的突破,為水污染處理行業,特別是‘疑難雜癥’的水污染處理打開了一扇新的窗戶!

目前,我國污水治理常用的傳統技術如絮凝沉淀法、生化法和氣浮法以及永磁鐵制備的磁鼓分離法等。這些方法存在占地面積大、處理效率低、二次污染等問題,成為污水處理一直以來難以突破的“天花板”。

李來風團隊研發的一體化超導污水處理技術可謂捅破“天花板”!爸恍栉⑿跄纯蓪崿F分離目的,不僅減少30%~50%的絮凝劑使用量,還降低二次污染,減少污泥的產生,節省污水處理成本!

2006年以來,在國家“863”項目等的支持下,李來風團隊開始探索超導處理污水技術,研究的初衷很簡單:“水污染不僅對環境有很深的危害,也影響著我們的子孫后代。我們當初沒想過要靠這個技術賺錢,只是單純地希望讓企業用上,治理好水污染問題!

直冷式大口徑超導磁體的均勻快速降溫,高梯度磁場的設計和優化,自動化連續分離系統的開發,水處理運行參數優化……團隊啃下一個又一個“硬骨頭”。為了得到寶貴的設備數據,李來風團隊在理化所廊坊園區搭建了簡易的中試試驗棚,一年四季、不分晝夜地運行并優化設備。

2017年,理化所聯合杭州富士達科技股份有限公司,入股成立了杭州中科凱凌科技有限公司(以下簡稱中科凱凌),超導磁分離污水處理技術正式走向產業化。

桐廬生活污水治理項目、東莞石馬河流域治理項目、宣鋼焦化廢水提標改造項目,山西太原晉源區流域治理項目……短短3年時間,一體化超導水處理設備便“開花結果”。

“轉化”和“重合”

利用超導技術進行污水處理在國內并不多見。李來風告訴記者:“超導磁分離污水處理技術涉及多個學科領域,既要對磁種材料了解,又要對超導技術/低溫技術和污水處理行業了解!

李來風認為,超導技術“聯姻”污水處理,徹底的融合至關重要!安粌H要將超導技術融入到水處理行業中,在滿足各類污水處理需求的同時,還要具備與本行業各種污水處理技術相互配合和促進的能力!

在產業化初期,李來風要求團隊拋開已有成績,以“空杯心態”潛心深入研究,對50多種水質水樣進行了超導磁分離處理試驗,摸索處理參數并驗證處理效果。為尋求各類污水更優的解決方案,李來風團隊還把超導水處理技術與生化法、膜法、臭氧氧化法等水處理技術進行對比試驗和配合試驗。

李來風坦言,科技成果產業化的關鍵,要以“用”為出發點和落腳點,克服一般科技型公司重科研、輕產品、輕經營的弱點,直面市場需求,避免技術創新的盲目性,從而大幅縮減產品研發到商品化、市場化的周期,有效降低技術創新風險和成本,提升技術創新效率。

如何身兼科研和經營的雙重角色?李來風研發團隊成員、中科凱凌總經理蔡方碩認為,要注重兩者的“轉化”和“重合”。

“在核心技術攻關和公司創立初期,研發是工作重心,管理是研發的有效保障;在市場開拓和推廣階段,經營是工作重心,研發是核心競爭力!睂嶋H上,這種“轉化”不僅對蔡方碩提出了要求,也對整個技術團隊提出了考驗,兩年的理念融合為產品快速打入市場奠定了基礎。

在蔡方碩看來,研發和經營在科技成果產業化中是“重合”、密不可分的兩部分,“除了在企業文化塑造上要強調兩者的重要作用,還要看重兩種人才的融合,技術人員要考慮市場需求,經營人員要提高技術和知識水平”。

隨著國家對水處理領域各項規定及政策的頒布,超導磁分離污水處理技術迎來非常好的發展時機,目前已進入業績增長期。李來風表示:“未來,我們將以‘直銷+代理+租賃’的多樣化方式,實現產品的快速推廣,并加強與具有相關經驗的企業合作,爭取在達產5年后在國內占據一定的市場份額!

(編輯:逍遙客)

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