“超導(dǎo)”進(jìn)軍污水治理 猛火正當(dāng)燃

水處理網(wǎng)訊:占地僅200平方米，日處理污水5000噸，水質(zhì)達(dá)到國(guó)家一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)。在浙江省桐廬縣下洋洲排澇站，渾濁的污水流經(jīng)“神秘”藍(lán)色集裝箱后變得十分清澈，令其發(fā)生改變的就是超導(dǎo)技術(shù)。

“與傳統(tǒng)污水處理技術(shù)相比，超導(dǎo)技術(shù)處理污水占地更少、效率更高、速度更快、費(fèi)用更低、產(chǎn)生的二次污染物更少?！敝袊?guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱理化所）研究員、低溫材料及應(yīng)用超導(dǎo)研究中心主任李來風(fēng)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，而藍(lán)色集裝箱正是他們所研制的一體化超導(dǎo)污水處理設(shè)備。

“該一體化超導(dǎo)污水處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)磁體在污水處理領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用，也是國(guó)際上首個(gè)工程化應(yīng)用系統(tǒng)，取得了超導(dǎo)技術(shù)在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用零的突破，系統(tǒng)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?！?由中國(guó)工程院院士王浩帶領(lǐng)的院士專家組對(duì)這一成果鑒定道。

逐步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用

醫(yī)用核磁共振成像儀是超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的典型。“超導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)是其零電阻，可以產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)。”李來風(fēng)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(chǎng)強(qiáng)度若要達(dá)到幾個(gè)T（特斯拉）是很難的，因?yàn)閷?dǎo)線電阻發(fā)熱。目前，永磁體最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度在1T左右，還是在兩塊磁體離得比較近的前提下。而超導(dǎo)磁體可以很容易獲得3T甚至更高的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)空間范圍大，耗電量小，幾乎不發(fā)熱。”

早在20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)外就開始探索超導(dǎo)磁分離污水處理技術(shù)。由于磁體需要在零下269℃的低溫下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，而當(dāng)時(shí)的技術(shù)手段主要是液氦冷卻，裝置龐大，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性很低，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

隨著小型制冷技術(shù)的突破和材料科學(xué)發(fā)展的進(jìn)步，近十幾年，超導(dǎo)磁分離技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸成為可能。李來風(fēng)說：“該技術(shù)也被認(rèn)為是繼超導(dǎo)磁體在‘醫(yī)用核磁共振成像譜儀、礦物磁性雜質(zhì)分離’后，又一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)?！?/p>

在李來風(fēng)看來，超導(dǎo)技術(shù)處理污水的過程，好比“鹵水點(diǎn)豆腐”。

首先，針對(duì)污水、廢水中的不同污染物類型，科研人員在水中預(yù)先加入帶有不同官能團(tuán)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(jī)制，將水中無磁性的污染物與磁種結(jié)合，使污染物聚集并帶有磁性。

其次，當(dāng)污水流經(jīng)超導(dǎo)磁體腔體內(nèi)聚磁介質(zhì)產(chǎn)生的大范圍高梯度可控磁場(chǎng)，利用磁力對(duì)污染物進(jìn)行深度捕捉去除，從而實(shí)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(xiàng)目鑒定會(huì)上指出：“該技術(shù)實(shí)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(guó)污水治理常用的傳統(tǒng)技術(shù)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(fēng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一體化超導(dǎo)污水處理技術(shù)可謂捅破“天花板”?！耙惑w化超導(dǎo)污水處理設(shè)備占地面積少，屬車載撬裝移動(dòng)式設(shè)計(jì)，可移動(dòng)、無需土建、可應(yīng)急，磁場(chǎng)強(qiáng)度高且磁空間大，只需微絮凝即可實(shí)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?！?/p>

2006年以來，在國(guó)家“863”項(xiàng)目等的支持下，李來風(fēng)團(tuán)隊(duì)開始探索超導(dǎo)處理污水技術(shù)，研究的初衷很簡(jiǎn)單：“水污染不僅對(duì)環(huán)境有很深的危害，也影響著我們的子孫后代。我們當(dāng)初沒想過要靠這個(gè)技術(shù)賺錢，只是單純地希望讓企業(yè)用上，治理好水污染問題?！?/p>

直冷式大口徑超導(dǎo)磁體的均勻快速降溫，高梯度磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，自動(dòng)化連續(xù)分離系統(tǒng)的開發(fā)，水處理運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化……團(tuán)隊(duì)啃下一個(gè)又一個(gè)“硬骨頭”。功能性磁種材料的研制更是基于團(tuán)隊(duì)十幾年基礎(chǔ)研究的積累，為了得到寶貴的設(shè)備數(shù)據(jù)，李來風(fēng)團(tuán)隊(duì)在理化所廊坊園區(qū)搭建了簡(jiǎn)易的中試試驗(yàn)棚，從高溫到嚴(yán)寒、不分晝夜地運(yùn)行并優(yōu)化設(shè)備。

2017年，理化所聯(lián)合杭州富士達(dá)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(jiǎn)稱中科凱凌），超導(dǎo)磁分離污水處理技術(shù)正式走向產(chǎn)業(yè)化。

桐廬生活污水治理項(xiàng)目、東莞石馬河流域治理項(xiàng)目、宣鋼焦化廢水提標(biāo)改造項(xiàng)目，山西太原晉源區(qū)流域治理項(xiàng)目……短短3年時(shí)間，一體化超導(dǎo)水處理設(shè)備便“開花結(jié)果”。

“轉(zhuǎn)化”和“重合”

利用超導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行污水處理在國(guó)內(nèi)并不多見。李來風(fēng)告訴記者：“超導(dǎo)磁分離污水處理技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，既要對(duì)磁種材料了解，又要對(duì)超導(dǎo)技術(shù)/低溫技術(shù)和污水處理行業(yè)了解。”

李來風(fēng)認(rèn)為，超導(dǎo)技術(shù)“聯(lián)姻”污水處理，徹底的融合至關(guān)重要?！安粌H要將超導(dǎo)技術(shù)融入到水處理行業(yè)中，在滿足各類污水處理需求的同時(shí)，還要具備與本行業(yè)各種污水處理技術(shù)相互配合和促進(jìn)的能力?！?/p>

在產(chǎn)業(yè)化初期，李來風(fēng)要求團(tuán)隊(duì)拋開已有成績(jī)，以“空杯心態(tài)”潛心深入研究，對(duì)50多種水質(zhì)水樣進(jìn)行了超導(dǎo)磁分離處理試驗(yàn)，摸索處理參數(shù)并驗(yàn)證處理效果。為尋求各類污水更優(yōu)的解決方案，李來風(fēng)團(tuán)隊(duì)還把超導(dǎo)水處理技術(shù)與生化法、膜法、臭氧氧化法等水處理技術(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)和配合試驗(yàn)。

李來風(fēng)坦言，科技成果產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，要以“用”為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，克服一般科技型公司重科研、輕產(chǎn)品、輕經(jīng)營(yíng)的弱點(diǎn)，直面市場(chǎng)需求，避免技術(shù)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(chǎng)化的周期，有效降低技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)和成本，提升技術(shù)創(chuàng)新效率。

如何身兼科研和經(jīng)營(yíng)的雙重角色？李來風(fēng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員、中科凱凌總經(jīng)理蔡方碩認(rèn)為，要注重兩者的“轉(zhuǎn)化”和“重合”。

“在核心技術(shù)攻關(guān)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(chǎng)開拓和推廣階段，經(jīng)營(yíng)是工作重心，研發(fā)是核心競(jìng)爭(zhēng)力?！睂?shí)際上，這種“轉(zhuǎn)化”不僅對(duì)蔡方碩提出了要求，也對(duì)整個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了考驗(yàn)，兩年的理念融合為產(chǎn)品快速打入市場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。

在蔡方碩看來，研發(fā)和經(jīng)營(yíng)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(qiáng)調(diào)兩者的重要作用，還要看重兩種人才的融合，技術(shù)人員要考慮市場(chǎng)需求，經(jīng)營(yíng)人員要提高技術(shù)和知識(shí)水平”。

隨著國(guó)家對(duì)水處理領(lǐng)域各項(xiàng)規(guī)定及政策的頒布，超導(dǎo)磁分離污水處理技術(shù)迎來非常好的發(fā)展時(shí)機(jī)，目前已進(jìn)入業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)期。李來風(fēng)表示：“未來，我們將以‘直銷+代理+租賃’的多樣化方式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速推廣，并加強(qiáng)與具有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)合作，爭(zhēng)取在達(dá)產(chǎn)5年后在國(guó)內(nèi)占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。”