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        萬金泉:初心不改為清泉

        2016-05-04 09:10:18龐貝毛艷玲
        科技創(chuàng)新與品牌 2016年1期

        文/ 龐貝 毛艷玲

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        萬金泉:初心不改為清泉

        文/ 龐貝 毛艷玲

        “我們希望未來的世界是綠色的,未來的天空是藍(lán)色的,未來的河水是青色的……”

        ——萬金泉

        為一方沃土,守一泓清泉

        隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)發(fā)展以及人口數(shù)量的不斷膨脹,水、大氣和土壤等在內(nèi)的生態(tài)問題,正在成為日益富裕的中國人熱議的話題。

        水是生命之源。良好潔凈的水是人類身體健康的保障條件,是經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ),是全面建成小康社會和建設(shè)美麗中國的根本需求。然而,我國面臨十分嚴(yán)峻的水污染形勢,近年來層出不窮的水污染事件,更讓公眾對這一生存不可或缺的資源感到擔(dān)憂。

        2014年3月,環(huán)保部發(fā)布首個全國性大規(guī)模調(diào)查。結(jié)果顯示,我國有2.8億居民使用不安全飲用水。國土資源部網(wǎng)站發(fā)布的調(diào)查結(jié)果顯示,華北平原淺層幾乎已無Ι類地下水;需經(jīng)專門處理后才可利用的V類地下水占56.55%以上。

        在水體的幾大類污染源中,造紙工業(yè)污水占據(jù)重要比重,扮演著極不光彩的角色。隨著人類對社會的發(fā)展,造紙行業(yè)得到了很大的發(fā)展,但也對人類的健康與生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞。據(jù)近幾年統(tǒng)計顯示,全國造漿制紙行業(yè)污水排放量約占全國污水排放總量的10%—12%,居第三位;排放污水中的化學(xué)需氧量約占40%—45%,居第一位。造紙工業(yè)已成為我國污染較為嚴(yán)重的行業(yè)之一。

        讓水更清,不僅是每一個普通人的心愿,作為一名研究廢水處理技術(shù)工藝的研究者,萬金泉這樣的愿望更為急迫,更多地導(dǎo)向?qū)嶋H行動。

        萬金泉,華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師,2014年獲得“廣東省五一勞動獎?wù)隆保?009年獲國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎。

        都說不忘初心,方得始終。但要說起萬金泉的初心,似乎更多源自于年少時對于青山綠水的記憶。

        還是在萬金泉就讀大三的那年,他和同學(xué)去郊游經(jīng)過一片麥田,在暖暖的陽光下,綠油油的麥子已經(jīng)有一尺多高,開始抽穗了,一望而知的豐收似乎近在眼前。但當(dāng)他和同學(xué)們漫步到田埂,卻發(fā)現(xiàn)大片麥田被發(fā)出惡臭的液體所覆蓋,聽村民們講那是周圍工廠生產(chǎn)時排放的污水,未經(jīng)任何處理便直接流向麥田。

        “至今回想起來,那一幕仍然覺得觸目驚心?,F(xiàn)在,連原來農(nóng)村不少清澈見底的河流也變得渾濁不堪,河里魚蝦水草幾乎絕跡。我想要盡自己所能,為保護自然環(huán)境做一些事情?!比f金泉說。

        為一方沃土,守一泓清泉。正是源于這樣的動力,萬金泉將自己的青春、熱情和努力都奉獻(xiàn)給了自己熱愛的事業(yè)。

        萬金泉(右二)到造紙企業(yè)了解水循環(huán)利用對紙張質(zhì)量的影響情況

        矢志創(chuàng)新,換千江澄碧

        造紙廢水一般有三個來源:一、制漿時纖維分離,漂白和抄紙時稀釋、壓榨、烘干漿料等工藝過程排出的含有大量纖維、無機鹽和色素等污染物濃度很高的廢水,即黑水;二、洗滌漂白過程中產(chǎn)生的大量含高濃度的木質(zhì)素、纖維素和樹脂酸鹽等較難生物降解成分的中段水;三、抄紙機排出的含有大量纖維、填料和膠料的廢水,即白水。

        造紙廢水中通常含有大量的難降解有機污染物(POPs),主要污染指標(biāo)COD(化學(xué)需氧量)、BOD(生化耗氧量)、SS(固體懸浮物)等較高。

        目前大多數(shù)造紙企業(yè)主要使用的傳統(tǒng)“物化+生化”廢水處理模式,無法有效降解廢水循環(huán)回用中產(chǎn)生的累積性難降解有機污染物,處理后的水難以滿足回用要求。

        近年國家提高了造紙廢水的排放標(biāo)準(zhǔn),不僅降低了COD、BOD的允許排放數(shù)值,還增加了對總氮、總磷、噸紙用水量等的限制。隨著廢水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提升,現(xiàn)有的造紙廢水處理技術(shù)很難滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時,廢水處理大多采用人工操作,造成處理系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、能耗高、處理成本大等缺點,這使造紙企業(yè)面臨著巨大的環(huán)境生存壓力,影響我國造紙行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

        面對這些亟待解決的難題,萬金泉和他的團隊矢志不移,潛心研究了十?dāng)?shù)個春秋。

        萬金泉團隊隸屬于華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院、制漿造紙工程國家重點實驗室。在萬金泉教授的帶領(lǐng)下,團隊長期從事廢水污染控制新理論、新技術(shù)的研究工作。團隊以“保護環(huán)境、造福人類”為己任,求真務(wù)實、開拓進取,圍繞著造紙廢水中POPs的累積及降解規(guī)律、高效物化生化處理及高級氧化深度處理的理論與技術(shù)、廢水處理過程中智能控制策略等開展了大量的研究工作,取得了豐碩的技術(shù)成果,先后提出了“廢水的高效一體化處理方法”、“廢水中持久性有機污染物的碳源協(xié)同代謝生物處理方法”、“工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的嵌入式三層網(wǎng)絡(luò)控制方法”、“乙醇發(fā)酵型多點回流式IC厭氧生物處理反應(yīng)技術(shù)”等一整套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的廢水處理新技術(shù)、新裝備,打破了國外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷,獲得了20多項中國及國際發(fā)明專利授權(quán)。技術(shù)成果及設(shè)備在全國16個省(區(qū))的近百家企業(yè)得到推廣應(yīng)用,取得了良好的經(jīng)濟和社會效益,為我國的環(huán)境保護和節(jié)能減排作出了重要貢獻(xiàn)。項目團隊研究開發(fā)的“造紙廢水處理及資源化利用系列技術(shù)成果”2009年獲得國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎,2007年獲得廣東省科技進步一等獎,2007年獲得國家環(huán)境保護科技成果獎,2015年獲教育部自然科學(xué)二等獎、2005年獲得廣東省造紙學(xué)會科技成果一等獎。萬金泉教授的專利“廢紙造紙廢水的處理方法”2010年獲得中國專利優(yōu)秀獎、2011年獲得廣東省專利金獎。2014年中國造紙學(xué)會將首屆“中國造紙蔡倫獎”授予萬金泉教授,以表彰其為我國造紙工業(yè)污染控制所作出的杰出貢獻(xiàn)。

        十多年來,國家的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高,萬金泉項目團隊創(chuàng)新的腳步亦從未停歇:

        2000年,第一臺一體化設(shè)備投入運行;2003年,第一套共代謝好氧生物處理設(shè)備投入運行;2006年,第一臺乙醇型厭氧反應(yīng)塔投入運行;2010年,第一套嵌入式廢水處理智能控制系統(tǒng)投入運行;2012年,第一臺PS高級氧化反應(yīng)塔、沼氣發(fā)電系統(tǒng)開始運行……

        近年來,他們研發(fā)的“高效一體化+A2O生化處理技術(shù)”已在全國幾十家造紙企業(yè)得到推廣應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,針對上文提到的造紙工藝污水處理技術(shù)難點,他們提出造紙廢水乙醇型同時產(chǎn)酸反硝化高效厭氧處理技術(shù)、Fe0催化活化PS高級氧化深度處理技術(shù)和基于模糊—BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的造紙廢水處理智能控制技術(shù),形成了造紙行業(yè)高效節(jié)能廢水處理及資源化利用技術(shù)與裝備,可以使造紙廢水的循環(huán)使用率由目前的50%—60%提高到90%以上,實現(xiàn)了造紙廢水“趨于零”排放,節(jié)能降耗并實現(xiàn)厭氧沼氣能源回收再利用。

        相關(guān)研究成果獲得多項國家(國際)發(fā)明專利及計算機版權(quán)授權(quán),并形成國際領(lǐng)先水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效節(jié)能造紙廢水處理及資源化利用技術(shù)與裝備,為造紙工業(yè)節(jié)能減排提供一個新模式,對于保護水資源和生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

        萬金泉(后排中)與培養(yǎng)的碩士博士研究生在一起

        這一項目帶來一系列極具應(yīng)用價值的創(chuàng)新成果和設(shè)備:

        一體化高效物化處理器

        作為新一代廢水物化處理器,其處理器結(jié)構(gòu)緊湊,集廢水與絮凝劑的混合、反應(yīng)和澄清過濾于一體,從而減少了設(shè)備的占地面積,降低了物化處理的成本。處理器利用廢水自身生成的絮凝沉淀物,在處理器內(nèi)部形成穩(wěn)定的、可連續(xù)自動更新的吸附過濾床,具有活性炭的作用,大大提高了廢水的物化處理效果。

        好氧生物處理技術(shù)

        針對廢水中難降解有機物POPs的特點,利用誘導(dǎo)底物和代謝底物形成碳源協(xié)同共代謝廢水好氧生物處理技術(shù),大大促進了廢水中POPs的有效降解,解決了廢水中難降解可溶COD的累積問題,該技術(shù)可大大提高廢水的好氧生物處理效果。

        廢水處理的智能控制系統(tǒng)將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)用

        于廢水處理過程的智能控制,對廢水處理過程的COD、TOC、ORD、DO、泥位界面等參數(shù)在線檢測,通過嵌入式計算機對廢水流量、加藥量、溶解氧、泥位流化床高度、回流量等進行反饋控制,實現(xiàn)廢水處理系統(tǒng)的24小時無人值守的先進運行模式,提升廢水處理系統(tǒng)的技術(shù)水平和管理水平,降低廢水處理系統(tǒng)的運行費用。

        高效厭氧反應(yīng)設(shè)備

        通過對傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進,開發(fā)出新一代多點回流式厭氧反應(yīng)器,實現(xiàn)垂直方向上功能區(qū)域的劃分及水體螺旋升流,為厭氧生物產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造各自適宜的環(huán)境,有效地避免了短流、返混、氣涌、酸化、污泥鈣化等厭氧反應(yīng)過程中易發(fā)生的問題,實現(xiàn)了乙醇型厭氧反應(yīng),提高了厭氧反應(yīng)器的效率。

        萬金泉(中)到企業(yè)解決我國最高速造紙機白水濃縮處理的技術(shù)難題

        廢水厭氧沼氣收集發(fā)電技術(shù)

        由厭氧處理反應(yīng)設(shè)備產(chǎn)生的沼氣,經(jīng)過氣體凈化、貯存單元及阻火器后到達(dá)發(fā)電機組,在機組中燃燒發(fā)電。發(fā)出的電能經(jīng)過配電系統(tǒng)調(diào)節(jié)后供廠區(qū)生產(chǎn)用電,經(jīng)測算每公斤COD可產(chǎn)生0.3立方米的沼氣,可發(fā)電約1.5—2.5度。該技術(shù)可使廢水厭氧產(chǎn)生的沼氣得到充分的利用,減少溫室氣體的產(chǎn)生,同時可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

        基于PS的高級氧化深度處理技術(shù)

        本技術(shù)可實現(xiàn)在廣泛pH下,產(chǎn)生具有高氧化電位的自由基,再通過自由基與污染物間的加成取代、電子轉(zhuǎn)移、斷鍵、開環(huán)等作用,使廢水中殘留的難降解有機物氧化降解成低毒或無毒的小分子物質(zhì),甚至直接分解成為CO2和H2O,達(dá)到廢水深度處理的目的。同傳統(tǒng)的高級氧化處理技術(shù)相比,本技術(shù)具有處理成本低、操作簡單等特點。

        基于上述一系列創(chuàng)新成果,“一體化+A2O生化處理技術(shù)”項目通過解決造紙行業(yè)環(huán)境與用水水質(zhì)問題,將大大提升廣東省造紙行業(yè)的競爭力,為促進我國造紙產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級及可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)服務(wù),并為其他傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級提供經(jīng)驗借鑒。同時,通過對廢水的厭氧反應(yīng)設(shè)備、高級氧化反應(yīng)設(shè)備以及智能控制設(shè)備的研發(fā),將形成一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進節(jié)能環(huán)保設(shè)備,提高節(jié)能環(huán)保設(shè)備的科技含量,也將大大提升環(huán)保產(chǎn)業(yè)的競爭力,推動節(jié)能環(huán)保設(shè)備產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

        這一項目研發(fā)的技術(shù)成果可大幅度提升造紙廢水的循環(huán)使用率,使廢水處理電耗降低約30%。該項目完成并產(chǎn)業(yè)化推廣后,同目前造紙工業(yè)常用的廢水處理方法比較,僅在廣東省造紙產(chǎn)業(yè)可減少廢水排放約4億噸/年,減少溫室氣體甲烷排放約1.49億立方米/年,節(jié)電約1.2億元/年,沼氣發(fā)電14.4億度/年。按照目前廣東省造紙產(chǎn)量每年2000萬噸計算,通過這一技術(shù)的實施,每年可以節(jié)省造紙用水量4億噸,造紙行業(yè)所造成的污染將大大減少,生態(tài)環(huán)境明顯改善,居民生活質(zhì)量明顯提高,對于保護水資源和生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

        目前,“一體化+A2O生化處理技術(shù)”項目已在全國13個?。▍^(qū))的近百家造紙企業(yè)得到應(yīng)用,每天處理造紙廢水80萬噸,通過節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維創(chuàng)造經(jīng)濟效益約2.07億元/年,獲得國家和省級科技獎勵10多項,為項目的示范建設(shè)與產(chǎn)業(yè)化推廣提供了堅實的基礎(chǔ)。

        基于上述成果,團隊發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文150 多篇,其中在Water Environment Research、Bioresource Technology、Expert Systems with Applications、《環(huán)境科學(xué)》、《中國造紙學(xué)報》等國內(nèi)外著名專業(yè)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文100多篇,并出版相關(guān)專著三部《廢紙造紙及其污染控制》、《造工業(yè)環(huán)境工程導(dǎo)論》、《造紙工業(yè)廢水處理技術(shù)及工程實例》,在造紙廢水處理相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域獲得28項國家專利授權(quán)和6項計算機版權(quán),這也為本項目的順利實施提供良好的基礎(chǔ)。

        20多年過去了,從懵懂的初學(xué)者成長為專業(yè)的領(lǐng)軍人物,萬金泉沒有忘記自己的初衷。他以“保護環(huán)境、造福人類”為己任,希望能夠?qū)W以致用,還祖國大好河山一片水都綠城。

        建設(shè)生態(tài)文明、塑造美麗中國,被寫入十八大報告,十八屆三中全會也莊嚴(yán)提出,要建立系統(tǒng)完整的生態(tài)文明體系。讓山更綠、水更清、天更藍(lán),是每一個生長在這片沃土之上的華夏兒女的共同心愿,這心愿將推動著萬金泉和他的團隊矢志不移,不倦前行。

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