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科研成果推广的艰辛与收获 精选

已有 6666 次阅读 2012-12-17 09:03 |系统分类:观点评述| 科研成果, 推广, 臭氧, 曝气生物滤池, 水的深度处理

 

横向课题有不少是科研成果的推广,相对于纵向课题,有时更难完成,不仅存在风险,而且争取一个大一点的课题,需要的时间更长,影响因素更多,其中的艰辛,只有当事人自己知道。我的感觉是每个百万级以上的横向课题,都可以讲一个故事,我的故事绝对真实,从主观上我不会编,也不做假,我会一个一个地讲给大家听。

 

横向项目的风险:

目前我们自己做的,采用“一体式臭氧与曝气生物滤池水处理装置及方法”的最大工程是广东溢达纺织有限公司的5000吨印染废水深度处理及回用工程。这个项目最初是公司的技术人员看到我们在20067月发表在“环境污染治理技术与设备”杂志(现改名为“环境工程学报”)上的论文:臭氧-曝气生物滤池处理酸性玫瑰红染料废水。在这篇论文中,我们提出利用臭氧的预氧化,然后再通过曝气生物滤池,可以将含不可生物降解的染料废水,经处理后COD降到30 mg/L。作为著名的纺织印染企业,当时公司的研发部门拥有七位博士,后来,又成立了国家人事部核准的博士后流动工作站。他们的目标就是想寻找一种有效的印染废水深度处理方法,用于缺水地区水的回用,以及为国家排放标准进一步地提高提供废水处理技术贮备。

那时水的深度处理领域,反渗透膜法(RO)还是人们的首选方法。溢达公司先后请了国内外3家公司做印染废水的膜法深度处理的中试研究,都因膜的污染而没有成功。我因在广州宝洁公司工作过几年,头发与纺织纤维类似,在柔软剂中都使有硅氧烷这种化学品。我就立即怀疑是废水中硅氧烷对膜的污染,因为硅氧烷一旦污染了膜,对它的酸洗,碱洗,络合洗等都是无效的,这就表明RO膜必须报废。他们证实了我的怀疑,并增加了对我们研发能力的信心。后来我提出由我们做一套中试装置来进行废水深度处理的小试研究,水量每小时20升,进水的COD 1000 mg/L,出水的COD要求小于30 mg/L。合同额为15万元。此合同于20073月签订,在合同中,原来要求达不到合同的要求,我们必须归还公司已经支付的合同款。后来改为:6个月内仍达不到合同规定的出水标准,公司有权终止合同,且可拒绝支付50%的合同余款。因为这套装置,设备的费用就超过合同额的50%,若达不到标准,我们也是亏钱的,以体现风险共担的原则。当然我觉得这样的风险也是合理的。

小试进行了2个月,微生物驯化成功后,出水的COD就稳定地低于30 mg/L。按合同小试稳定运行2个月进行项目验收,项目顺利通过验收,公司支付了50%的合同余款。

 

项目实施时间长

每小时20升的小试项目完成后,公司也觉得20L/H的小装置对大工程没有代表性,故我们又谈每小时5吨的印染废水深度处理装置。由于小试的进水是公司一洗水车间的废水,组成相对比较简单,而这次中试,采用的进水是公司废水处理厂的出水,它的COD80 – 120 mg/L,色度为60-100倍,废水经投加二氧化氯脱色氧化后,能达到COD小于100 mg/L的排放标准。

合同于2008年初签订,合同金额58万元,这次没有采用先给50%,后给50%的方法,而是采用常规的预付30%,设备到货且安装55%,项目完成后支付15%的方式,项目风险就比较小了,因为最后的15%即使拿不到,也不存在亏本的风险,这说明相互的信任增强了。

合同要求处理装置在出水水质达到甲方要求的回用水水质情况下,连续稳定运行两个月,且对废水的处理成本也作了限制。

这次5吨的中试系统项目进行得比较顺利,安装完成后,一个月左右就达到了出水要求。工艺就是臭氧氧化与BAF,臭氧氧化不需要培养时间,而BAF又是生化工艺中培养比较快的工艺。该中试装置验收完后,我们在该装置上验证了臭氧氧化与曝气生物滤池分开进行,与一体化同时进行的差异,在每小时5吨的系统上进一步验证了一体化臭氧-曝气生物滤池的优越性。此装置连续运行了3年多,平时操作运行由我们的研究生与公司的研发部门员工运行,此装置出水的COD值稳定低于40 mg/L,在提高臭氧投加量的条件下,也可将出水COD降到30 mg/L以下,色度低于4倍。

装置运行一年多后,公司与厦门的一家膜处理公司合作,由膜处理公司提供一套每小时进水5吨的膜处理系统,使用我们的出水,作为膜的进水进一步处理,在回用率60%的条件下,淡水回用,浓水达标排放。膜系统投入运行差不多2年,膜清洗后膜通量几乎没有下降,这样此废水深度处理及回用的工艺差不多得到了全面的工程认证。

2011年底,公司决定上一套每天处理5000吨的工业化印染废水的深度处理及回用系统。由于港资企业,没有采用工程招标形式,而是工程议价,主要设备(如臭氧机等)公司直接采购,我们负责前段预处理的工艺设计、BAF池的内部组件、安装、调试等,并负责对预处理工序的出水COD小于40 mg/L,色度小于10倍负责。土建工程完成后,我们用了一个月完成了工程安装,进水调试,再用一个多月达到设计的标准与要求。

20073月签订每小时20升的小试装置,到20128月,每天5000吨的工程装置的成功运行,这个项目我们前后做了5年。参加项目的研究生有近十几位,与溢达公司合作,共同指导一名博士后出站,指导毕业了4位硕士研究生。以中试及工程为背景,发表SCI论文2篇,国内核心期刊的文章就更多了,同时,溢达公司还在我们学院设立了本科生及研究生的企业奖学金。

 

有创新性工程项目不可预见问题多

    常规的生活污水处理设计工程,一般我们看都不看,那是每个环保工程公司都能做的,一般是靠关系等拿到的项目,不是我们的特长,我们想拿也拿不到,不如不想。我们能拿到的都是其它人不敢做,有一定的风险,且是第一次实施的项目,这样,工程风险就特别高,

这次水的深度处理与回用工程,对我们来讲也是采用一体化臭氧-BAF的大工程,虽然没有工艺风险,我们也做过一些每天处理数百吨的深度处理工程,但5000吨的系统还是第一次。我们还按小系统的方法将臭氧加进废水中,发现因臭氧气量大,水气分配难以均匀,那几天我整天考虑这个问题,与我的几个助手开会多次讨论这个问题,最后终于找到了最佳的解决方案,对工程系统作了改进,取得良好的效果,并为下一次设计更大系统,确定设计规范。

系统运行2个月后,有一天,公司打电话给我,讲一个管道爆裂了,其它几个管道也有爆裂的倾向,我接到电话,立即开车近100公里赶到工厂现场,与大家讨论爆裂原因,维修方案及如何防止此类事故的再次发生。类似的事件还有几起,就不一一列举了。

总体上来讲,系统运行的效果得到了各方的认可:工程装置的COD100mg/L左右降到40mg/L以下,系统的运行成本控制在每吨水0.6元以下。系统运行可靠,没有污泥产生,员工操作方便。

公司将废水深度处理工程设施周边的建筑已粉刷一新,设计参考通道,成为国内外客户去公司访问参观的一个新亮点。目前已与我们商讨将公司所有的每天2万多吨的废水,都采用我们的深度处理工艺,将其处理达到更高的排放标准。

从这个事例中,我知道,横向科技应用是很不容易的。我非常感谢公司给了我们这个技术的应用机会,这是真心的。目前这个技术已慢慢得到人们的承认与认可,且已开始有专利侵权的事件发生。

我坚信有许多高校,研究院所有好的科研成果,因没有推广应用而失去了应有的价值。虽然科研成果推广充满艰辛,但它是科研工作中非常重要的一环,必须付出更多的时间与精力来实施它。虽然这过程有痛苦,但更有快乐!

 

附:技术背景简介(留给感兴趣的朋友):

在废水处理工艺中,曝气生物滤池(BAF)相对于其它传统的活性污泥水处理工艺算比较新的工艺,上世纪90年代才开始引入我国。我们开始它的研究始于2002年,在应用实验过程中,发现它具有抗冲击能力非常强,特别适宜于处理低浓度,低悬浮物的有机废水。随着人们对环境要求的提高,国家也不断提高废水的排放标准,故开发废水的深度处理技术就显得越来越重要。在所有的废水处理技术中,利用微生物处理废水是最便宜的处理工艺,目前绝大多数的废水处理工艺,都采用了微生物的生物处理。但由于废水中的有机物,类似很多,且在微生物的生化代谢过程中会生成一些新的有机物,故一般有机废水,通过微生物生化处理,最后会存在原有机物总量的1-2%的有机物是不可以生物降解的,这些有机物量虽然不大,但已超过目前要求严格的废水排放标准,故要寻找一种有效的,且便宜的处理工艺,用于处理这种浓度不高,但不可生物降解的有机物。

不可生物降解的有机物,就不能再继续利用生化法来处理了。通用的做法是采用化学氧化法,化学氧化的方法很多,有臭氧氧化法,利用双氧水与亚铁产生极强氧化能力羟基自由基的芬顿氧化法,纳米二氧化钛光催化氧化法,电化学氧化法,以及其它强氧化剂氧化法(如氯氧化法、高锰酸盐氧化法、过硫酸盐氧化法等)。在废水处理中,处理成本有时也是关键的制约因素,且要考虑到处理后水尽量少的残留毒性,我们将化学氧化的研究重点集中在臭氧氧化与芬顿氧化二个化学氧化方法。我们在研究中发现,有些不可生物降解的有机物,被化学氧化后,这些有机物被脱除了一部分,但残留的有机物,有些因氧化过程中化学结构的破坏,它又能被进一步生物降解,一些参考文献也证明了这一点。而此时的有机物,浓度已相当低了,一些废水处理常规的生化处理方法(如活性污泥法)是难以实施的。对化学氧化后的低浓度有机废水的进一步处理,我们将生物处理方法的重点放在最适宜处理低浓度有机废水的BAF也是顺理成章的事。这样做既利用了化学氧化的有效性,又利用了生化处理的经济性。在国内我们首次开展了这项研究,并获得成功,故于2005年申请国家发明专利“化学氧化-曝气生物滤池联合水处理方法”(ZL200510035132.9),此专利在2009年获得国家发明展览会金奖。刚开始的研究,化学氧化与BAF是在二个单元中进行的,对于臭氧的化学氧化,不带来其它的杂质,且没有污泥的产生,在水回用的深度处理过程中更具有其优势。通常由于臭氧的强烈杀菌作用,一般认为不能将臭氧引入生物反应器中。但用过臭氧的人都知道,用臭氧氧化完后的水,臭氧很快分解失效后,有时水更容易长绿藻和滋生细菌。由于BAF中充满了微生物挂膜的生物介质,有极强的抗冲击能力,我们试着将臭氧直接加入BAF中,发现处理效果更好了。由于直接将臭氧加入BAF中,这样,节省了一个臭氧反应器,又利用了臭氧分解的氧气作为部分BAF生化处理的氧源,使一体式比分体式具有多方面的优势,故在2007年,我们又申请了“一体式臭氧与曝气生物滤池水处理装置及方法”的发明专利(ZL200710028632.9)。在这十年的研究中,在化学氧化与BAF的研究领域,包括化学氧化的催化剂等方面,我们研究组陆续申请发明专利及实用新型16项,绝大部分已获授权。

 



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