“超導”進軍污水治理 猛火正當燃
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(jīng)“神秘”藍色集裝箱后變得十分清澈，令其發(fā)生改變的就是超導技術。
“與傳統(tǒng)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(chǎn)生的二次污染物更少。”中國科學院理化技術研究所（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。
“該一體化超導污水處理設備實現(xiàn)了超導磁體在污水處理領域的國內首次應用，也是國際上首個工程化應用系統(tǒng)，取得了超導技術在污水處理領域應用零的突破，系統(tǒng)技術達到國際領先水平。” 由中國工程院院士王浩帶領的院士專家組對這一成果鑒定道。
逐步實現(xiàn)應用
醫(yī)用核磁共振成像儀是超導技術應用的典型。“超導的優(yōu)勢是其零電阻，可以產(chǎn)生很強的磁場。”李來風說。
他解釋道：“傳統(tǒng)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(fā)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(fā)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(xiàn)超導，而當時的技術手段主要是液氦冷卻，裝置龐大，系統(tǒng)運行可靠性很低，難以實現(xiàn)工業(yè)應用。
隨著小型制冷技術的突破和材料科學發(fā)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(yī)用核磁共振成像譜儀、礦物磁性雜質分離’后，又一項實現(xiàn)超導工業(yè)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(jīng)超導磁體腔體內聚磁介質產(chǎn)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(xiàn)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(huán)使用。
打開一扇新窗
王浩在該項目鑒定會上指出：“該技術實現(xiàn)了從‘0’到‘1’的突破，為水污染處理行業(yè)，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(tǒng)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(fā)的一體化超導污水處理技術可謂捅破“天花板”。“一體化超導污水處理設備占地面積少，屬車載撬裝移動式設計，可移動、無需土建、可應急，磁場強度高且磁空間大，只需微絮凝即可實現(xiàn)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(chǎn)生，節(jié)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(huán)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(yè)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(yōu)化，自動化連續(xù)分離系統(tǒng)的開發(fā)，水處理運行參數(shù)優(yōu)化……團隊啃下一個又一個“硬骨頭”。功能性磁種材料的研制更是基于團隊十幾年基礎研究的積累，為了得到寶貴的設備數(shù)據(jù)，李來風團隊在理化所廊坊園區(qū)搭建了簡易的中試試驗棚，從高溫到嚴寒、不分晝夜地運行并優(yōu)化設備。
2017年，理化所聯(lián)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(chǎn)業(yè)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(qū)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(yè)了解。”
李來風認為，超導技術“聯(lián)姻”污水處理，徹底的融合至關重要。“不僅要將超導技術融入到水處理行業(yè)中，在滿足各類污水處理需求的同時，還要具備與本行業(yè)各種污水處理技術相互配合和促進的能力。”
在產(chǎn)業(yè)化初期，李來風要求團隊拋開已有成績，以“空杯心態(tài)”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(shù)并驗證處理效果。為尋求各類污水更優(yōu)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(chǎn)業(yè)化的關鍵，要以“用”為出發(fā)點和落腳點，克服一般科技型公司重科研、輕產(chǎn)品、輕經(jīng)營的弱點，直面市場需求，避免技術創(chuàng)新的盲目性，從而大幅縮減產(chǎn)品研發(fā)到商品化、市場化的周期，有效降低技術創(chuàng)新風險和成本，提升技術創(chuàng)新效率。
如何身兼科研和經(jīng)營的雙重角色？李來風研發(fā)團隊成員、中科凱凌總經(jīng)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(chuàng)立初期，研發(fā)是工作重心，管理是研發(fā)的有效保障；在市場開拓和推廣階段，經(jīng)營是工作重心，研發(fā)是核心競爭力。”實際上，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(chǎn)品快速打入市場奠定了基礎。
在蔡方碩看來，研發(fā)和經(jīng)營在科技成果產(chǎn)業(yè)化中是“重合”、密不可分的兩部分，“除了在企業(yè)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(jīng)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(guī)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(fā)展時機，目前已進入業(yè)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(xiàn)產(chǎn)品的快速推廣，并加強與具有相關經(jīng)驗的企業(yè)合作，爭取在達產(chǎn)5年后在國內占據(jù)一定的市場份額。”
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
