訪談專欄
上屆世環(huán)會同期成功舉辦2020世環(huán)會長三角環(huán)境院校技術(shù)路演活動暨2020長三角高校環(huán)境技術(shù)交流峰會，將環(huán)境院校的高新專利技術(shù)工藝及解決方案推送給有需求的環(huán)保企業(yè)及行業(yè)終端用戶業(yè)主單位，真正解決企業(yè)的三廢治理問題。上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院教授張永明團隊從事水處理技術(shù)研究已近三十年，現(xiàn)場為我們介紹了自主研發(fā)的適用于深度脫氮的專利技術(shù)——篩板塔式生物反應(yīng)器，可以廣泛應(yīng)用于城市生活污水提標(biāo)改造。
為更好地助推科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，提供科技服務(wù)，世環(huán)會主辦方對張教授進行了專訪。
觀點摘要
- 傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)無法滿足某些地方現(xiàn)有的更加嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)
- 原創(chuàng)技術(shù)篩板塔式生物反應(yīng)器可大幅節(jié)約生物脫氮過程中碳源消耗量，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，預(yù)計可撬動數(shù)千億污水處理市場。
- 高校院所(特別是理工科)的專家愿意與市場化機構(gòu)合作，讓專業(yè)的人做專業(yè)的事，使自己的科研成果可以造福國家和社會。
采訪全文（括號內(nèi)為補充說明內(nèi)容）
記者：您和團隊的主要研究方向是什么？
張永明：我們的研究方向主要是水處理，在工業(yè)污水處理方面?zhèn)戎匮芯侩y降解有機廢水的降解，在生活污水處理方面著重研究深度除氮技術(shù)和裝備。
記者：近年來我國污水排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高，許多企業(yè)存在水質(zhì)達標(biāo)困難的問題，您怎么看待這個現(xiàn)象？
張永明：我們以生活污水總氮排放標(biāo)準(zhǔn)為例，目前所采用的傳統(tǒng)工藝能達到國家一級a的標(biāo)準(zhǔn)(tn≤15mg/l)就很不錯了。即使這樣，也有許多污水處理廠還常常達不到這個標(biāo)準(zhǔn)。
隨著國家對環(huán)境保護的日益重視，有不少地方已將該標(biāo)準(zhǔn)提高至10mg/l甚至5mg/l以下。所以，采用傳統(tǒng)的生物處理工藝幾乎就不可能達到這一標(biāo)準(zhǔn)，除非不惜成本地進行深度脫氮處理。我們的技術(shù)正是在此背景下應(yīng)運而生。此外，眾所周知，任何標(biāo)準(zhǔn)的制定都是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平而定的。因此，生物脫氮技術(shù)一旦取得重大突破，將有可能推動國家標(biāo)準(zhǔn)的提高或改變。
記者：世環(huán)會活動現(xiàn)場許多企業(yè)對您的技術(shù)感興趣，可以請您再介紹一下篩板塔式生物反應(yīng)器的原理嗎？
張永明：氨氮和硝酸鹽氮是氮存在于水中的兩種主要形式，也是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因。一般來講，只要有足夠的溶解氧，氨氮比較容易轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。但是要去除硝酸鹽氮，一方面要有良好的缺氧空間，另一方面需要提供足夠的有機碳作為電子供體使硝酸鹽通過反硝化被還原為氮氣。但是現(xiàn)有的工藝和技術(shù)無法提供良好的缺氧空間，導(dǎo)致大量的有機碳源都消耗在溶解氧上，再加上水中碳源本身就缺乏。這些因素就是目前制約高標(biāo)準(zhǔn)廢水排放的難點所在。
(碳源：如淀粉、葡萄糖、甲醇、乙醇等物質(zhì)都含有碳，碳源在微生物作用下會釋放出電子，電子將硝酸鹽還原成氮氣，揮發(fā)到空氣中)
我們了解到，目前很多工廠通過反硝化濾池對尾水進行三級處理，試圖使總氮濃度進一步降低。這種工藝可以產(chǎn)生不錯的效果，但該濾池在使用過程中存在著跌水(注：類似瀑布直上直下的流，縱向跌落)，導(dǎo)致溶解氧升高。溶解氧和硝酸鹽都是電子受體，而溶解氧奪取電子的能力比硝酸鹽強得多，因此造成有限的碳源無謂地浪費。
另外，運行一段時間，隨著濾池內(nèi)微生物的生長，會出現(xiàn)堵塞床層的現(xiàn)象，需要定期進行反沖洗。而反沖洗過程中會沖散顆粒表面的生物膜，生物膜散落后需要另外消耗碳源重新生長。
因此，要想節(jié)省成本，一要控制溶解氧，二不要反沖洗。盡量將這兩個無謂的碳源消耗控制在最低限度，這是我們設(shè)計新型反應(yīng)器的基礎(chǔ)理論。此外，再好的技術(shù)，如果操作復(fù)雜的話，就很難得到推廣應(yīng)用，而我們的反應(yīng)器操作非常簡單，一旦調(diào)試完成，日常操作或維護就非常簡便。
記者：您在分享的時候提到過的這項技術(shù)是您原創(chuàng)的。
張永明：對，是我們自主研發(fā)的。國際著名環(huán)境工程專家，斯德哥爾摩水獎獲得者，美國工程院院士bruce rittmann教授實地考察過我們的裝置后確認，我們的技術(shù)是原創(chuàng)的，在某種程度上是我們中國人自己設(shè)計制作出來的，這也是我們比較自豪的一點。因為現(xiàn)在我們國家在環(huán)保領(lǐng)域用的絕大多數(shù)技術(shù)或裝備都是國外引進的，或者最初的想法是國外的。為了提升我國在環(huán)保領(lǐng)域里的實力和國際影響力，還是需要有一些我們自己的原創(chuàng)技術(shù)。
記者：這項技術(shù)的研發(fā)目前進行到了哪一步?
張永明：我們正和江蘇和福建某水處理企業(yè)合作進行中試放大試驗，他們提供了試驗場地和資金，爭取用一年左右時間完善數(shù)據(jù)。另外，考慮到技術(shù)和裝備具有生物膜穩(wěn)定的特點，我們下一步可能在此基礎(chǔ)上還會推出更新技術(shù)和產(chǎn)品，在水處理領(lǐng)域可能會有革命性的變化。
記者：您覺得距離推出下一個技術(shù)大致還有多久？
張永明：這取決于很多方面，從我們團隊的角度，如果條件具備，我們只需1~2年就可見眉目?，F(xiàn)在我們最大的一個缺陷還是資金問題。很多工廠、企業(yè)對基礎(chǔ)理論或是概念的了解不深，很難拍板做決定。等到中試后有了進一步的數(shù)據(jù)，技術(shù)的效果就更直觀，和這些工廠企業(yè)溝通起來也更方便了。
記者：這項技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景如何？
張永明：技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域包括市政和部分工業(yè)污水處理，如城市生活污水脫氮除磷、地表水修復(fù)，還有精細化工、食品行業(yè)等等。市場前景還是非常廣闊的，估計僅僅是提標(biāo)改造這一項，在全國就是數(shù)千億的市場。
以無錫為例，太湖周邊地區(qū)要求不惜成本達到對接地表水的標(biāo)準(zhǔn)，因為水中氨氮、總氮含量太高會污染環(huán)境，2007年無錫就有過一次藻類爆發(fā)。在這種情況下我們就需要對氮含量進行控制，我們的技術(shù)就可以應(yīng)用在這里。
記者：您剛剛提到資金的問題，請問您接受怎樣的資金投入，或是合作形式呢？
張永明：風(fēng)投或是有實力的企業(yè)都行，我們可以合作開發(fā)，能進行產(chǎn)學(xué)研合作更好，可以與合作企業(yè)共建聯(lián)合體或研發(fā)中心并冠企業(yè)名。我個人從事教學(xué)近30年，還是希望能夠把研究的東西應(yīng)用于實際生產(chǎn)，創(chuàng)造社會價值，同時能反哺教育，培養(yǎng)更多人才。
記者：您對合作企業(yè)有什么期望呢？
張永明：我比較希望有關(guān)企業(yè)對水處理尤其是深度脫氮的理論和技術(shù)有些基本的理解和認識。目前很多企業(yè)或風(fēng)投機構(gòu)在溝通的時候急于了解投入產(chǎn)出比，但從我們的角度，又不能那么簡單，我必須要講這個技術(shù)為什么是這樣的，我們的技術(shù)能節(jié)約碳源，必須從幾個角度將理論說清楚，然后再講到其他方面。如果這個企業(yè)負責(zé)技術(shù)的人員具備一些專業(yè)基礎(chǔ)知識，就比較容易接受(這樣的表達方式)。相當(dāng)于我要跟一個人建立聯(lián)系，讓他認可我，我就要講我有什么好處，但光講好處也不行，必須有理論證明你這確實好，是吧？
記者：您對技術(shù)轉(zhuǎn)移這個行業(yè)，之前有了解嗎？
張永明：之前并不了解，是從近期才開始接觸的。
記者：也就是說其實您沒有做過技術(shù)轉(zhuǎn)移，很少自主和工廠進行對接。
張永明：是的，這一點上我們很被動，有的人甚至問我，你難道自己一個公司都沒有嗎？我從來沒想這些，在學(xué)校里就得上課搞科研，沒想著去辦公司，當(dāng)然如果有一個風(fēng)投或者其他(企業(yè)合作)也是歡迎的，只要對國家有利，對培養(yǎng)人才有利都可以。
記者：您自己會花時間去做公司運營嗎?
張永明：我認為自己很難花全部的精力去運營。說實話，即使我全力運營，經(jīng)驗也不足，了解也不深入。經(jīng)營市場、經(jīng)營企業(yè)與人的性格相關(guān)?？赡芪业男愿裣拗屏宋以谶@方面的發(fā)展，但是我還是愿意參與到其中的。學(xué)校里也有負責(zé)技術(shù)轉(zhuǎn)移的老師，但是老師不可能照顧到每一個團隊，受限于專業(yè)，他們也無法對每項科研成果做深入的了解。
記者：因為以前老師們其實是比較排斥技術(shù)轉(zhuǎn)移這個事情的。從您的角度看，近兩年大家對于這個事情的看法是不是有一些改觀？
張永明：是這樣的，說實話，工科專業(yè)的老師都有這樣的希望，但是大家的精力不在這里，對這方面了解不多，是這么一種情況。不是說排斥，大家都希望能把我的技術(shù)講得通俗一點，走到外面“這個當(dāng)初是我發(fā)明的”、“這個是我創(chuàng)造的”，那種心情多好，對吧？
記者：我們接觸到很多高校，有些高校是專業(yè)比較強的，他們在行業(yè)里面名聲也比較響，但是后來合并為綜合性高校之后，對外交流時很難完全延續(xù)之前的優(yōu)勢，這種情況下您有遇到嗎？
張永明：我們的情況又有所不同，我們是師范學(xué)校里的工科專業(yè)，而從我們學(xué)?？傮w來講，工科的名氣不如文科那么響，從學(xué)校名稱和專業(yè)的角度來講，很多人會疑惑，說師范院校怎么會有環(huán)境專業(yè)呢？其實我們專業(yè)還是不錯的。衡量一個專業(yè)在學(xué)校里的地位，就看這個專業(yè)有沒有博士點，我們上海師范大學(xué)是有環(huán)境科學(xué)與工程一級學(xué)科博士點，同時還有環(huán)境科學(xué)與工程博士后流動站的。我們自身需要努力做出成績，同時也要需要通過像類似于你們這樣的公司幫我們宣傳。另外一個最重要的點，是希望我們的技術(shù)在社會上有更多的應(yīng)用，希望我們能走出這堅實的一步。
技術(shù)專欄
又是一年秋冬季，不利的天氣因素加劇了天氣污染程度，增加了大氣污染治理的難度。2019-2020年秋冬季，長三角地區(qū)細顆粒物（pm2.5）平均濃度較2017-2018年秋冬季下降22%，重污染天數(shù)下降79%。盡管秋冬季攻堅取得積極成效，但長三角地區(qū)秋冬季pm2.5平均濃度仍比其他季節(jié)高50%-70%，重污染天氣占全年95%以上，蘇北、皖北主要城市pm2.5濃度仍處于高位。隨著疫情防控形勢持續(xù)向好、企業(yè)加快復(fù)工復(fù)產(chǎn)，許多受疫情影響抑制的產(chǎn)能和產(chǎn)量短時間內(nèi)集中快速增長，秋冬季污染物排放量可能出現(xiàn)反彈，大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善壓力增大，部分地區(qū)完成“十三五”空氣質(zhì)量改善目標(biāo)存在風(fēng)險。
2020-2021年秋冬季是長三角地區(qū)第3個攻堅季，事關(guān)全面建成小康社會，事關(guān)“十三五”規(guī)劃和打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)圓滿收官。確保如期完成打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)既定目標(biāo)任務(wù)，10月10日生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《長三角地區(qū)2020-2021年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案（征求意見稿）》。方案要求持續(xù)推進揮發(fā)性有機物（vocs）治理攻堅。
voc與pm2.5
揮發(fā)性有機化合物（volatile organic compounds，vocs）是指在常壓下，任何沸點低于250℃的有機化合物，或在室溫（25℃）下飽和蒸氣壓超過133.32pa，以氣態(tài)分子的形態(tài)排放到空氣中的所有有機化合物的總稱。vocs不僅本身具有較強毒性，還是影響我國區(qū)域大氣復(fù)合污染的重要前體物和參與物。
voc排放進入空氣中和氮氧化物結(jié)合，在太陽光的照射下會生成兩種（類）污染物，一種是pm2.5的組成部分，叫做二次有機顆粒物，或二次有機氣溶膠（soa），是大氣中pm2.5的一個重要組成部分；另一種污染物則光化學(xué)產(chǎn)生的臭氧，臭氧就是光化學(xué)煙霧的主要標(biāo)志之一。
voc治理技術(shù)及設(shè)備
01.沸石轉(zhuǎn)輪
通過轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，可在轉(zhuǎn)輪上同時完成氣體的脫附和轉(zhuǎn)輪的再生過程。進入濃縮轉(zhuǎn)輪的有機廢氣在常溫下被轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)吸附凈化后直接排放至大氣，接著因轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動而進入脫附區(qū)，吸附了有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)輪在此區(qū)內(nèi)脫附，吸附在轉(zhuǎn)輪上的有機物被分離、脫附、進入后續(xù)處理系統(tǒng)，如此循環(huán)工作。
技術(shù)特點：
- 高吸、脫附效率，使原本高風(fēng)量、低濃度的vocs廢氣，轉(zhuǎn)換成低風(fēng)量、高濃度的廢氣,降低后端終處理設(shè)備的成本；
- 沸石轉(zhuǎn)輪吸附vocs所產(chǎn)生的壓降極低，可大大減少電力能耗；
- 濃縮倍數(shù)達到5-20倍,大大縮小后處理設(shè)備的規(guī)格，運行成本更低；
- 整體系統(tǒng)采預(yù)組及模塊化設(shè)計，具備了最小的空間需求，且提供了持續(xù)性及無人化的操控模式；
- 經(jīng)過轉(zhuǎn)輪濃縮后的廢氣，可達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
適用范圍：
用于有機廢氣的治理；特別適合于大風(fēng)量，低濃度場合，包括：印刷、大型噴涂車間、家具、芯片、液晶led工業(yè)等生產(chǎn)場所。
分子篩模塊
瓦楞狀分子篩模塊是由疏水性沸石分子篩與陶瓷纖維加工成波紋狀膜片，再制成的瓦楞狀模塊，它是一種吸附性能好、無二次污染、可高溫再生的高效分子篩載體，比同類活性炭提高40%效率，在吸附、分離、催化和環(huán)境領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，更適合于大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣治理。
分子篩與活性炭性能對比表如下：
| 吸附介質(zhì) | 活性炭 | 分子篩 |
| 吸附原理 | 物理吸附 | 分子篩分，通過孔徑大小進行選擇吸附 |
| 主要成分 | 高溫炭化和活化制的得的疏水性吸附劑 | 具有骨架結(jié)構(gòu)的結(jié)晶態(tài)硅鋁酸鹽 |
| 特點 | 具有非常高的吸附容量、選擇性吸附；但存在可燃、吸附性能受水氣影響較大 | 含有大量微孔，具有巨大的比表面積 |
| 吸附效率 | ≥75% | ≥95% |
| 吸附溫度 | 80~100℃，溫度過高會產(chǎn)生悶燃 | 180~220℃ |
| 吸附時間 | 12h/箱 | 20~30min/箱 |
| 衰退率 | 5%/次 | 可忽略不計 |
| 更換周期 | 脫附10次失去效果，1次/年 | 1次/6年 |
03 voc催化劑
vocs系列催化劑采用堇青石原料，在此基礎(chǔ)上涂覆粘結(jié)材料及擴容比表面積材料，通過稀土-活性納米貴金屬（納米級pt、pd等）鉚合工藝，研制出高活性、高穩(wěn)定性催化劑。成產(chǎn)過程通過可控涂層技術(shù)，精準(zhǔn)控制貴金屬涂覆均勻性。貴金屬催化劑由特有工藝鉚合在高比表面積載體之上，結(jié)合供氧載體，制成廣譜性vocs氧化催化劑。該催化劑其具有高穩(wěn)定性、長壽命、高性價比等優(yōu)勢，適用于co及rco催化燃燒裝置。
2021世環(huán)會將于6月2-4日在上海國家會展中心隆重拉開帷幕，涵蓋綜合治理、水、大氣、智慧環(huán)保、環(huán)境監(jiān)測、資源再生、土壤、噪聲8大環(huán)境污染治理領(lǐng)域，匯聚超1,600家環(huán)境企業(yè)，展示面積達15萬平米規(guī)模，已成為全球超大規(guī)模的世界環(huán)保博覽會平臺，旨在為環(huán)保行業(yè)買賣雙方提供切實高效的合作商機。
如果您對以上技術(shù)感興趣，歡迎您來世環(huán)會【國際環(huán)保展】展會現(xiàn)場參觀考察，或者您有好的環(huán)保技術(shù)可與我們聯(lián)系，我們非常高興能為企業(yè)建立一個技術(shù)平臺來推廣技術(shù)，同時為企業(yè)解決技術(shù)需求問題提供一些幫助！
商務(wù)合作
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