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江苏科技创新先锋 | 李爱民:帮企业从废水里捞钱


来源:凤凰网江苏

一克大孔树脂它的比表面积铺开来相当于几个篮球场那么大,而这些不起眼的“小颗粒”却是处理有机有毒废水的“秘方”。

导读:一克大孔树脂它的比表面积铺开来相当于几个篮球场那么大,而这些不起眼的“小颗粒”却是处理有机有毒废水的“秘方”。

李爱民

打开门,见上面,彼此伸出手还没来得及握上,南京大学环境学院副院长李爱民教授的手机就响了。十多分钟内,李爱民一连接了好几通电话,但他仍一边打着电话一边为你泡好茶,还不忘挥手招呼你落座。

翻开李爱民的简历,上面是这样写的:南京大学教授、博士生导师、国家首批万人计划科技领军人才,教育部长江学者特聘教授、享受国务院政府特殊津贴。国家“十二五”水体污染控制与治理重大专项淮河项目负责人,现任南京大学环境学院副院长、国家有机毒物污染控制与资源化工程技术中心主任、南京大学盐城环保技术与工程研究院院长。

出生于素有“百河之城”美誉的盐城,李爱民从小就对水有着特殊的感情。他时常回忆起自己儿时在家乡的河水中游泳、捉鱼的情景。

在“鱼越来越少,游泳已不可能”的今天,李爱民说自己梦想着有朝一日能够重新回到孩提时代那样的生态环境里去。

怀揣着这份对水的特殊感情,李爱民一直从事着化工污染的控制技术的研究与应用。在李爱民看来,化工污染如若得不到控制,经济是很难可持续发展的。

化学工业是我国的支柱产业,占到中国国民经济比重的12%,最高时占到18%。化学工业也是污染严重的行业,在工业污染物排放量中,有毒有害污染物的排放更是位居首位。

据不完全统计,目前在我国,仅化工、轻工、纺织等行业每年产生的废水就达上百亿吨,其中农药、染料、医药及中间体等生产废水因其浓度高、毒性大、色泽深、酸碱性强、含盐量高、难以生物降解,成为污染治理中最难的一环。

这么些年来,李爱民带领着团队一直在啃着环境污染治理中“最难啃的一块骨头”。

2017年1月9日,北京。国家科学技术奖励大会当天在人民大会堂举行。李爱民带领团队完成的“难降解有机工业废水治理与毒性减排关键技术研究与应用”项目荣获2016年度国家科技进步二等奖。

李爱民说,“我没有专业,祖国的需要就是我的专业”。这句话既是著名科学家钱伟长先生的名言,也是李爱民的座右铭。

高浓度有机废水成套处理技术与装备工艺流程

从废水里捞钱

“一是调整能源结构,发展清洁能源;二是化工污染的控制。”李爱民告诉凤凰网江苏这是目前江苏省最急迫的两大环保需求。

化学工业也是江苏省重要支柱产业,在江苏省经济中占比很高。在江苏不少县市,化工工业产值占到其整个工业产值的50%以上。

在江苏规划的未来2年~3年的“生态治理路线图”中,将“减化工”纳入“两减”目标。并出“硬招”,通过“关停一批、转移一批、升级一批、重组一批”,来淘汰落后化工产能。

在李爱民看来,化工产业的发展,带来了经济的繁荣也带来了严重的污染,“特别是我们从我们国家水体中检测出来的有毒有害污染物种类是越来越多。”李爱民担忧地说。

目前,工业废水的排放占到我国废水排放量的一半左右,还有一半则是来自城镇污水。但工业污水比城镇污水危害大得多,“因为它里面含有很多重金属和有毒有害的有机物污染物。”

李爱民介绍,高浓度有机废水主要是精细化工产出的。精细化工产生的高浓度有机废水,毒性大、盐的浓度高、成分非常复杂。相比冶金、煤化工排放的物质比较单一,精细化工排放出来的污染物,“别说每个厂跟每个厂不一样,就是每个车间跟每个车间、甚至每个时段排出的废水都不一样。”李爱民补充道。

“我们原来的思路,就是有污染物就消灭污染物。”李爱民说。但他们渐渐发现,消灭污染物这需要花很大的代价。

“关键在于成本的控制,在于污染处理的费用能不能被企业所接受。”李爱民说。

原国家环保局局长解振华曾说过,污染物是放错位置的资源。“把污染物资源化,让污染物回收利用。”回收的价值可以不仅抵偿企业废水处理的成本,甚至还有盈余,让排污的企业“原来是往废水里扔钱,现在是要帮他们从废水里捞钱。”

这把解决问题的“秘钥”最终被他们牢牢地握在手上。而使得污染处理的费用显著下降,则是得益于“树脂吸附”这项“黑科技”。

南京大学环境学院有机实验室

从上世纪80年代末开始,著名环境工程学家张兴全院士就以敏锐的眼光将大孔树脂的研究及应用率先引入环境工程领域,开创了“树脂吸附法处理有毒有机工业废水及资源化”的新领域,并投入到环境问题的治理与改善中。

大孔吸附树脂是一类不含交换基团且有大孔结构的高分子吸附树脂,具有良好的大孔网状结构和较大的比表面积。由于比表面积比较大,一克大孔树脂它的比表面积铺开来相当于几个篮球场那么大,它可以有选择地通过物理吸附水溶液中的有机物,从而达到分离提纯的目的。

“树脂跟活性炭比较像”李爱民举例解释道,大孔吸附树脂通过必要媒介、分子间的作用力来吸附污染物。和活性炭相比,大孔吸附树脂可反复使用、再生,从而防止二次污染。加之其理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶剂,对有机物选择性好,不受无机盐类及强离子、低分子化合物存在的影响,在水和有机溶剂中可吸附溶剂而膨胀。

这一创新成果在全国十余个省份、30多家企业得到很好应用,每年处理化工废水300万吨,从废水中回收化工原料约4万吨,价值2亿元左右。

自2000年师从张全兴院士攻读博士学位起,李爱民一直追随导师的脚步,在毒害有机污染物控制与资源化的方向不懈地奋斗着。

2002年博士毕业后,李爱民继续在张全兴院士大团队从事高盐份废水中水溶性有机污染物治理与资源化技术研发及产业化。

李爱民告诉凤凰网江苏,“大孔吸附树脂”技术最大的难点还是在树脂的制造方面,“污染物不一样,吸附树脂的孔结构、表面化学也就不一样。”李爱民解释道。

最早张全兴院士开创树脂法处理有机有毒废水,主要是针对疏水性的、水溶性差的污染物,通过合成树脂来吸附它。李爱民后来发现,许多有机物污染物并非都是疏水性的,还有亲水性的集团。“这就需要在树脂表面进行结构调控,在树脂表面增加一些极性基团。”

针对商品化的树脂吸附材料对水溶性有机污染物吸附容量小、吸附能力弱的缺陷,李爱民通过树脂功能化修饰,研发具有离子交换与吸附双重功能的新型复合功能树脂及高比表面积、高吸附容量酯基吸附材料,实现了水溶性有机污染物的资源化和产业化。并被评为国家重点新产品,申报的“水溶性、难降解有机污染物治理与资源化新技术”项目获国家技术发明二等奖。

李爱民主持完成的“难降解有机工业废水治理与毒性减排关键技术及装备”荣获国家科技进步二等奖。

十年治淮

“这十年来,我们主要的精力就在淮河上。”李爱民说。

2009年3月,新中国成立以来环保领域最大的科研项目——水体污染控制与治理科技重大专项(下面简称“水专项”)正式启动。淮河作为国家重点治理的“三河三湖”之首,自然是水专项的重点关注对象之一。

作为中国第三大河流的淮河,流域面积约27万平方公里,主要流经河南、安徽、山东、江苏四省的40多个地(市),180多个县(市),供养着流域内的1.7亿人,人口密度是全国平均人口密度的4.7倍。

从上世纪80年代开始,围绕着淮河以及各支流,造纸、酿造、制革、化工等行业迅速发展,严重的污染问题也接踵而至。加之,淮河上游长期以来因水资源短缺,造成闸坝众多,基流匮乏,更是加重了淮河流域的水污染。

“50年代淘米洗菜,60年代洗衣灌溉,70年代水质变坏,80年代鱼虾绝代,90年代身心受害。”这段民谣也真实反映了淮河沿岸人民经受着的切肤之痛。

“要治大河必先治小河”,李爱民和他的团队首先将治理的目标锁定为贾鲁河。

贾鲁河是淮河的支流,也是淮河污染最重、最难治理的河流。贾鲁河的特殊在于天然径流缺乏,河道补给水源中80%都来自郑州及下辖区、县的排放污水。这样一来,尽管流域面积只占到淮河的1/49,污染负荷却占到淮河的七分之一。

“贾鲁河治理好后,郑州市就解决了治淮的一块‘心病’。”2007年,时任环保部原部长的周生贤视察淮河时曾这样说道。

“把这条河流治好了,淮河治理就会有一个很好的范例。”然而,类似贾鲁河此类基流匮乏型重污染黑臭河流的治理,一直是一个世界性难题,找准“药方”并不容易。

李爱民和团队几经调研,最终提出了“三三三”的治理模式。

“现在治污企业都有排放的标准,但企业达标了河流却不达标。”面对企业达标和水质达标脱节的问题,李爱民团队制定的“三三三”的治理模式则是基于水质的达标为前提,“首先是从河流的达标的目标出发,然后我们再制定企业的排污标准。”

该模式通过工业与工业园区废水处理与资源化能源化利用,形成“点、面、线”的“三级控制”;并以“行业间接排放标准、区域排污标准、流域排污标准”的“三级标准”为管控手段,形成“点、面、线、管”控制技术体系,使工业废水和城市污水逐级净化处理与资源化能源化利用;通过构建“工业园区(企业)内部废水循环利用—区域污水再生利用—流域水资源生态利用”的水资源“三级循环”再生利用技术体系,实现废水资源最大限度的再生利用,以维持河流的基本生态流量,保障河流水体达到水生态功能区划的水质目标。

经过5年的努力,李爱民和团队在控源减排上突破了13项关键技术,申请国家发明专利34项(其中PCT国际专利3项),获得授权11项。其中,以磁性树脂吸附为核心的再生水回用技术打破了国外对我国的垄断,以效率高、能耗低、抗冲击负荷能力强等优势跃居国际先进行列。

此外,他们还完成了2项废水排放标准的制定,建立了5项废水深度处理与回用工程示范,处理水量20万吨/天,回用水达2000万吨/年。以贾鲁河陈桥断面为例,COD从2009年51mg/L降至2011年的45mg/L,氨氮从2009年8.8mg/L降至2011年5.9mg/L,水质持续显著改善。

以贾鲁河研究成果为基础,相关技术在淮河流域近200余家企业得到推广,支撑了淮河流域水质的持续改善。

李爱民利用模型讲解污泥发电原理。

急难先锋

2009年2月20日,因自来水水源受到酚类化合物污染,江苏省盐城市区发生大范围断水,至少20万居民的生活受到影响。

据调查,制造这起污染事件的“祸首”是当地的一家化工厂,该厂为减少治污成本,居然趁大雨天偷排了30吨含高浓度挥发酚的化工废水。废水流入盐城市饮用水取水河蟒蛇河,使盐城市城西水厂、越河水厂水源遭受严重污染。

作为江苏省环境污染应急首席专家,李爱民常常在危机发生时,被赋予“急难先锋”的角色。

在李爱民看来,突发重大污染事故就好比国难,“国家有困难的时候,我们科学家必须要挺身而出。”

“突发污染事故,最大的难题往往是污染源、污染地点、污染物、污染方式的不确定,而社会的关注度又比较高。”

第一时间赶到现场的李爱民立马感受到问题的棘手。

此次污染物主要是对氯苯酚,毒性大、水溶性低,大部分吸附在底泥中。此时,污水已经拦截,被拦截在河道里的水量高达7万多立方米,受污染的底泥大约5000立方米。棘手的是,若是遇到一场暴雨,受污染的河水就可能被冲刷到下游区域,造成更大面积的污染。

“野外不比实验室,实验室药剂一加就解决问题,而野外那么大的水量,你计量怎么加、怎么加得进去,怎么搅拌均匀让它很好的反应,这对我们是一个考验。”

面对如此紧迫的境遇,李爱民提出了三级治理的方法。先把被污染的水域分隔成多个单元格,然后利用污染的河道作为反应器,通过物理吸附和化学氧化对污水进行处理,处理后水质主要指标达到地表水三类水质后,再利用水生植物对水体进行进一步净化;而底层的污泥,则需要视污染程度对河道进行清淤,将挖出的污泥就地进行无害化处理,尽可能地防止污泥在运输过程中造成二次污染。

这个解决方案在经过反复论证后,被国家环保部及江苏省环保厅现场指挥部采纳,由此成功地完成了盐城水源污染的治理,并且还产生出了三项专利

2010年2月6日,徐州矿业集团下属旗山矿发生透水灾害,由于在抢险救灾过程中排出的矿井水中含有高浓度的锰和铁,导致周边主要河道中铁锰浓度超出地表水质标准近200倍,受污染河水总量近800万立方,这不仅严重影响周围30万百姓的生活和生产,还直接威胁大运河这一重要饮用水源地的安全。为此,李爱民再次挺身而出。

回顾参与的突发污染事件的应急处置经历,李爱民认为,目前我国在这方面最缺的是应急的技术和措施。

南大盐城环保技术与工程研究院

“黄埔军校”

“技术创新分两大块,一是从研究到技术,二是从技术到装备再到产品。”李爱民认为,目前中国的高校往往重视技术的研究,而忽略了“技术到装备再到产品”的研究。

而完成“技术到装备再到产品”这一过程是需要把原先的技术进行市场化的二次开发,以满足市场的要求。

李爱民和他所在的南京大学环境学院,组建了校内校外两个平台来实现这一目标。校内平台主要是进行基础的技术研究,校外平台则主要从事技术的二次开发和市场应用。

李爱民介绍,通过学校和地方政府共建平台,目的是为了让平台支撑技术的二次开发从而孵化企业,然后通过企业的联盟和集成,“把珍珠串成项链,”并通过机制保障,形成行业和区域的问题的解决能力。

目前,李爱民的团队里有16位南大环境学院的青年老师,一百多名研究生,团队中70%的人年龄在35岁以下。

“让技术跟市场的需求更好的衔接,你就不仅仅需要在高校里做基础研究的人才,还需要有一批在市场上帮你做二次开发与推广的人才。”李爱民谈起了他的人才战略。

“我们在构建创新体系”,李爱民介绍说,他们的技术不是拍着脑袋想出来的,都是来自市场。目前,李爱民的团队技术转化率在50%以上,每年产生十几项专利技术。“这是一个市场化的创新机制”,李爱民补充道。

目前他们通过一个个量化的标准,来建立相应的保障机制,让这里的年轻人都愿意投入到创新工作中去。“这涉及到一个利益分配的问题”在李爱民看来,这就必须保障二次开发的人,能在这个成果转化当中,“分享一杯羹。”

李爱民认为扶持年轻人创业创新,平台就像靠背一样,“要支撑他,引导他”。相比于年轻人独自创业所面临的经验不足、资金难筹的窘境,平台的存在就好比是一个大团队,成功率就会比较高。

“新生的公司,如果你有技术,我们可以投资,让你做董事长、总经理,让你领衔组织人建团队,投资都是我的,我去支撑你,失败也是我来担着,少则几百万多则上千万,让你为了一个目标去创业。”

李爱民计划着让这个平台成为中国战略环保产业的“黄埔军校”。

谈起未来的“小目标”,李爱民说,他们不仅要培养出一批企业,还要培养一批科技企业家。以此策应中国智能制造2025战略,同时在一带一路的重要节点,建立研究院,用这些平台去孵化这些企业,“通过一带一路把我们的产品推向国际”。

截止目前,这个创新创业的平台已经培养了近20家企业,十几位科技企业家。

“技术不仅要变成生产力还要变成财富。”李爱民说。(胥大伟)

[责任编辑:胥大伟]

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