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“卤水点豆腐” 污水变清流

时间:  来源:中国科学报  作者:田瑞颖

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李来风团队在超导磁体装配现场。

占地仅200平方米,日处理污水5000吨,水质达到国家一级A类标准。在浙江省桐庐县下洋洲排涝站,浑浊的污水流经“神秘”蓝色集装箱后变得十分清澈,令其发生改变的就是超导技术。

“与传统污水处理技术相比,超导技术处理污水占地更少、效率更高、速度更快、费用更低、产生的二次污染物更少。”中国科学院理化技术研究所(以下简称理化所)研究员、低温材料及应用超导研究中心主任李来风告诉《中国科学报》,而蓝色集装箱正是他们所研制的一体化超导污水处理设备。

逐步实现应用

医用核磁共振成像仪是超导技术应用的典型。“超导的优势是其零电阻,可以产生很强的磁场。”李来风说。

他解释道:“传统磁体分为普通电磁体和永磁体,普通电磁体的磁场强度若要达到几个T(特斯拉)是很难的,因为导线电阻发热。目前,永磁体最大的磁场强度在1T左右,还是在两块磁体离得比较近的前提下。而超导磁体可以很容易获得3T甚至更高的磁场,磁场空间范围大,耗电量小,几乎不发热。”

早在20世纪70年代,国内外就开始探索超导磁分离污水处理技术。由于磁体需要在零下269℃的低温下才能实现超导,而当时的技术手段主要是液氦冷却,装置庞大,系统运行可靠性很低,难以实现工业应用。

随着小型制冷技术的突破和材料科学发展的进步,近十几年,超导磁分离技术在水处理领域的应用逐渐成为可能。李来风说:“该技术也被认为是继超导磁体在‘医用核磁共振成像谱仪、矿物磁性杂质分离’后,又一项实现超导工业应用的技术。”

在李来风看来,超导技术处理污水的过程,好比“卤水点豆腐”。

首先,针对污水、废水中的不同污染物类型,科研人员在水中预先加入带有不同官能团的磁种颗粒,通过静电吸附、氢键、离子交换作用、范德瓦尔斯力、配位作用、共沉淀等机制,将水中无磁性的污染物与磁种结合,使污染物聚集并带有磁性。

其次,当污水流经超导磁体腔体内聚磁介质产生的大范围高梯度可控磁场,利用磁力对污染物进行深度捕捉去除,从而实现水体净化的效果。另外,污水处理所使用的磁种颗粒材料还可以回收循环使用。

打开一扇新窗

中国工程院院士王浩在该项目鉴定会上指出:“该技术实现了从‘0’到‘1’的突破,为水污染处理行业,特别是‘疑难杂症’的水污染处理打开了一扇新的窗户。”

目前,我国污水治理常用的传统技术如絮凝沉淀法、生化法和气浮法以及永磁铁制备的磁鼓分离法等。这些方法存在占地面积大、处理效率低、二次污染等问题,成为污水处理一直以来难以突破的“天花板”。

李来风团队研发的一体化超导污水处理技术可谓捅破“天花板”。“只需微絮凝即可实现分离目的,不仅减少30%~50%的絮凝剂使用量,还降低二次污染,减少污泥的产生,节省污水处理成本。”

2006年以来,在国家“863”项目等的支持下,李来风团队开始探索超导处理污水技术,研究的初衷很简单:“水污染不仅对环境有很深的危害,也影响着我们的子孙后代。我们当初没想过要靠这个技术赚钱,只是单纯地希望让企业用上,治理好水污染问题。”

直冷式大口径超导磁体的均匀快速降温,高梯度磁场的设计和优化,自动化连续分离系统的开发,水处理运行参数优化……团队啃下一个又一个“硬骨头”。为了得到宝贵的设备数据,李来风团队在理化所廊坊园区搭建了简易的中试试验棚,一年四季、不分昼夜地运行并优化设备。

2017年,理化所联合杭州富士达科技股份有限公司,入股成立了杭州中科凯凌科技有限公司(以下简称中科凯凌),超导磁分离污水处理技术正式走向产业化。

桐庐生活污水治理项目、东莞石马河流域治理项目、宣钢焦化废水提标改造项目,山西太原晋源区流域治理项目……短短3年时间,一体化超导水处理设备便“开花结果”。

“转化”和“重合”

利用超导技术进行污水处理在国内并不多见。李来风告诉记者:“超导磁分离污水处理技术涉及多个学科领域,既要对磁种材料了解,又要对超导技术/低温技术和污水处理行业了解。”

李来风认为,超导技术“联姻”污水处理,彻底的融合至关重要。“不仅要将超导技术融入到水处理行业中,在满足各类污水处理需求的同时,还要具备与本行业各种污水处理技术相互配合和促进的能力。”

在产业化初期,李来风要求团队抛开已有成绩,以“空杯心态”潜心深入研究,对50多种水质水样进行了超导磁分离处理试验,摸索处理参数并验证处理效果。为寻求各类污水更优的解决方案,李来风团队还把超导水处理技术与生化法、膜法、臭氧氧化法等水处理技术进行对比试验和配合试验。

李来风坦言,科技成果产业化的关键,要以“用”为出发点和落脚点,克服一般科技型公司重科研、轻产品、轻经营的弱点,直面市场需求,避免技术创新的盲目性,从而大幅缩减产品研发到商品化、市场化的周期,有效降低技术创新风险和成本,提升技术创新效率。

如何身兼科研和经营的双重角色?李来风研发团队成员、中科凯凌总经理蔡方硕认为,要注重两者的“转化”和“重合”。

“在核心技术攻关和公司创立初期,研发是工作重心,管理是研发的有效保障;在市场开拓和推广阶段,经营是工作重心,研发是核心竞争力。”实际上,这种“转化”不仅对蔡方硕提出了要求,也对整个技术团队提出了考验,两年的理念融合为产品快速打入市场奠定了基础。

在蔡方硕看来,研发和经营在科技成果产业化中是“重合”、密不可分的两部分,“除了在企业文化塑造上要强调两者的重要作用,还要看重两种人才的融合,技术人员要考虑市场需求,经营人员要提高技术和知识水平”。

随着国家对水处理领域各项规定及政策的颁布,超导磁分离污水处理技术迎来非常好的发展时机,目前已进入业绩增长期。李来风表示:“未来,我们将以‘直销+代理+租赁’的多样化方式,实现产品的快速推广,并加强与具有相关经验的企业合作,争取在达产5年后在国内占据一定的市场份额。”

(编辑:逍遥客)

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