一个民营企业率先攻克世界科技前沿两大难题,在污水治理道路上走上了世界前列

2019年01月16日15:27  来源:北国网
 

  陈根长,男,北京北计绿源科技发展有限公司法人、高级工程师。曾任中国生态经济学会副理事长,中国林业经济学会常务副理事长兼秘书长、国家林业局政策法规司司长、中国发展研究中心主任、世界生产力科学大同盟中国区主席。1944年生,1968年,毕业于北京大学核物理专业。1977年,任四川南充地委办公室副主任。1982年,任北京化纤学院化工系副主任。1984年,任国家林业部(林业局)处长、政策法规司副司长、司长。担任过国家科技进步奖评委,林业部学术委员会委员、常委,林业科技进步奖评委,东北林业大学兼职教授等职。长期从事政策法规研究和制定工作,出版了《中国林业改革与发展》、《农村经营决策》等专著数本,发表过《防沙治沙法律制度研究》等论文百余篇。作为起草小组组长参加了《中华人民共和国森林法(修正案)》、世界第一部《防沙治沙法》、《森林法实施条例》、《退耕还林条例》等法律法规的起草,并作为专家组组长进行了湿地立法研究。组织和参加了《野生动物保护法修正案》、《义务植树条例》等法律、法规草稿的起草。

  其最主要的成就和贡献是对生态与经济的关系以及木质材料改性和升级换代的研究和实践,取得了一定的成果,突出的实例有:

  1、1981年发表了《论生态目标与经济目标的统一》。原载世界经济导报等许多媒体,国家农委于1982年4月转发全国。

  2、1971年~1982年在四川工作时,面对文革和大锅饭体制造成的农业长期停滞不前,生产违背自然规律,瞎指挥,粮食产量低而不稳,大量人口缺口粮外流的状况。于1979年率先提出并在自己工作的范围内实施了“水路不通走旱路”、“退耕还林”的农业模式,并据此受托起草成文件,经批准作为中共四川省委第三次会议文件发到全省,得到推广,对解决当时四川的粮食问题,起到了一定的作用。

  3、在世界上第一个提出森林生态补偿的概念,并经十几年努力,促使该项制度在1998年修改森林法时成为国家法律制度确定下来。在该项制度的实施遇到困难时,2000年又给当时的总理朱镕基写信,申述此项制度的极端重要性。当时主管财政的副总理李岚清看到此信后,又亲自给朱总理写了一封附信,支持此事,从而使该项制度在中国和世界上第一个得以实施。

  4、从1996年开始率先在中国研究CO2排放权交易问题。先后提出了“大气CO2浓度上升,地球变暖是地球生态的首要问题”,“林业在可持续发展中的地位和作用主要由其制氧固碳功能决定”,“地球变暖的演进必然导致在全球分配CO2排放权”,“CO2排放权的分配必然导致CO2排放权交易”等观点,并开展了森林碳汇测定方法等研究。目前已以此成果,在全国宣讲了50多场,听众万人次。2003年发表了《推进CDM项目实施,做好在全球进行二氧化碳排放权分配的准备》。

  5、2004年退休后,集中精力研究木质材料改性与制造技术的升级换代问题。2004年12月在一次林产工业会议上,作了一个《木质基础原材料换代升级的报告》,会后,新华社以《国内动态清样3860期》编发,在全国引起反响。现任中共中央政治局两位常委俞正声、张高丽都做过批示。

  6、发表了许多文章,代表性的有:

  (1)林业的改革与发展 重庆出版社1988年出版。

  (2)公有制为主体的股份制 重庆出版社 1992年出版

  (3)中国森林生态补偿制度的建立与完善 林业科技管理2002年第3期

  (4)2009年发表《植物生物质材料聚集态改性与应用研究》发表在生物质化学工程2009年第43卷第六期

  (5)推进CDM项目实施,做好在全球进行二氧化碳排放权分配的准备 农业经济研究2009年第9期

  (6)在改革开放中正确认识姓“社”、姓“资”的问题 中共中央党校论坛1992年第七期

  北京北计绿源科技发展有限公司的前身是内蒙古镶黄旗首林分子复合材料有限公司,成立于2004年,是由我国最早退休的一批从事木质材料加工的老专家集股设立的有限责任公司,专门从事木质新材料开发的研究和推广,注册资本2300万元,是内蒙古自治区高新技术培养企业。2005年与北京林业大学共同承担了国家林业重点研究课题“木质聚合复合新材料(聚合木)开发”课题研发。2011年通过了国家验收,并被认定为科技成果,名称是“木质材料改性与聚合复合技术”。为解决制造新型木质材料制造中的污水问题,自动开始了分散快速处理污水的研究。为深化该课题成果的应用和推广,于2011年4月在北京市大兴区亿发工业园66号设立了北京北计绿源科技发展有限公司,成为专门从事木质材料制造方面的高新技术开发、转让和实施的科技型企业,注册资本300万元,现有资产1.5亿元。现已开发了氢键法制造改性植物原纤维和污水分散快速化学处理法等多项技术的知识产权,掌握实施该二项技术必须的改性剂低碳1-7号,提取剂1-4号的技术秘密,拥有独家生产权。公司下设设计研究院、施工总队、助剂生产厂,授权设备制造厂三家、广西、新疆、安徽分公司。

  在课题研究阶段,其所属内蒙古公司投资300万元,建立了生产实验工厂,为课题研究提供了条件,完成了合同规定的任务。课题于2011年验收,被认定为国家科技成果后,公司投入了100多万元在公司办公地(北京大兴)建立了第一条中试生产线,进行了中试。中试成功后,公司与多家公司研究试制了产业化生产设备,总投入3820万元。自行研究生产了聚合木桩柱,获国家重点新产品计划。在推广应用聚合木技术中,遇到了生产植物纤维必须解决污水处理的问题,而现有的主流处理技术又有许多问题,不得不开始进行这方面的技术攻克。攻克后,在河北邢台金聪,广西红枫二个项目上首先应用。现有技术力量能承担污水处理的总体设计、设施布局规划、设备制造安装调试、施工和生产组织、污水处理的技术方案研究、技术培训和药剂的生产供应。

  波裂解和超临界水技术被产业和科技界重视并成为学科都是在21世纪初,都是最新科技前沿。科学研究证明:水的临界温度是374℃,压力是22.1mpa,这时的水的液态和气态混而为一,其物理化学性质都发生了突变,具有许多优良特性:一是极强的氧化性,许多物质在其中可以自燃,能慢慢氧化所有金属,包括金;二是极好的溶解性,可以溶解所有有机物,离子积比普通水高几十个数量级;三是反应速度很快,生成物是水、氮气、二氧化碳、以及无机盐,反应生成物无需做特殊处理;四是催化性很强;五是原来溶于水中的无机盐脱溶沉淀,这些特性使其成为一种非常理想的污水处理反应介质。

  高频波(含超声波)在介质中传播时总是伴随着能量的传输,波能能量大,周期短,距离短,加速度大,定向准,可在局部位置产生自由基效应、空化效应和机械效应,使物质的性质在局部发生很大变化,而物质整体性质基本稳定。波裂解就是利用高频波的能量特性为原动力使物质裂解和变化的加工方法。波裂解和超临界水技术在污水污物处理上的应用是世界先进国家的一个研究热点。

  2012年名为《波裂解有机大分子关键技术与装备开发》的课题作为863保密项目在我们国家立项,中央财政投资6000万。该项目于2015年通过科技部验收,2018年1月3日,《中项网》首次刊登:为11万吨项目配套废气处理招标的消息,称该项目处于施工图设计阶段。还有的单位研究波裂解在污水处理上的应用,制造出了直接用波裂解处理污水的设备,但结构复杂,能耗大,费用高,处理时间长,并未在实际中应用,所以未见将波裂解与超临界水技术结合起来应用的报道。

  超临界水的优良特性,在科学界也早有认识,但在过去很长一段时期,科学家们只能利用电脑来研究它的性质,无法真正得到它,因为制造它的设备在此条件下,要么熔化,要么氧化。2005年,德国不莱梅雅各布大学地球化学家安德里亚教授和她的研究组在大西洋中部山脊的“海底黑烟囱”喷口周围发现了一种水,其最低温度407℃,最高温度464℃,经研究这就是超临界水,是第一个在自然状态下存在的超临界水。此后他们开发了一种技术,在500℃时向超临界水中通入氧气,放入聚氯乙烯,发现在很短的时间内就分解了,而且很少有氯化物生成。日本研究发现在400℃,300个大气压力下对灰烬中的有毒物质进行处理,几乎可以全部达到无毒化。

  用波裂解和超临界水处理固体废物、处理污水被困在难以找到材料,制造出低能耗,大容量反应器这一关键点上,不能前进。至今波裂解和超临界水技术处理污水污物基本上还处于实验室阶段。几年前北京北计绿源科技发展有限公司及其前身,开始研究一种间接法,就是用波裂解的强大作用和功能,采用巧妙的方法对一些固体材料和液体材料在常温常压下进行波裂解加工,让固体溶质和液体溶剂分别生成能降解污水污物的固体滤料和液体处理液,再用这些材料去处理污水。

  波裂解按效应的性质可分为:

  1、高频波的机械效应:高频波在介质中传播时,介质的质子会产生线性效变震动,振幅很小,加速度很大,每秒20khz,1w/平方厘米的超声波在水中传播,其加速度是重力加速度的1500倍,要产生173kpa的压缩值,每秒在正负之间变化二万次。这样强烈的激波,会产生很大的瞬时冲击的机械力,定点定向地作用于溶质,在其中打出纳米级的孔道。

  2、高频波的空化效应:高频波在液体介质中传播强度达到一定值时,在液体的局部会产生暂时的负压,使微汽泡生成、膨胀,达到一定程度后,就会突然破裂,这里的液体就成了“热点”。理论计算在这些“热点”处,水的温度可得5500℃,压力可得50662-101325kpa,远大于水的超临界条件,这里的水就会发生短时间的超临界化。气泡的破裂也会产生很大的冲击力作用于溶质。

  3、自由基效应:在上述机械和空化作用下,水和水中的许多物质都会生成自由基。首先是水,水的分子式H-O-H,其O-H键的键能是500kj/mol,上述机械和空化产生的能量远超此数,水本身就会生成系列自由基,发生一系列自由基反应。生成H 、O 和H O ,进入污水中对污染物发生降解作用,使其生成CO 、H O和无机物,而且速度很快。

  几年来,北京北计绿源科技发展有限公司在这方面取得了以下成果:

  1、攻克设计制造了波裂解生产线。高频信号发生器放出60khz/秒的高频信号,指挥震子产生同样频率的高频震荡,在水为溶剂的介质中产生高频波向外传播,对各种溶质进行波裂解。生产线完整定型,达到了比较高的自动化水平,配套设备齐全,可以武装任何规模的生产厂。

  2、攻克了波裂解生产工艺,工业化,大批量地生产出了多种产品。选择一批有一定结构的物质作为溶质,以水为溶剂,研究了用它们生产污水处理固体滤料和液体处理液的生产工艺。找到了在波裂解机的水溶液中,发生机械、空化和自由基等物理、化学作用的技术参数和条件,以及普通工人很易操作的工艺流程。

  3、研究了波裂解和超临界水技术在多种污水处理中的应用方法。先后对多种工业污水、污水处理厂不达标出水,黑臭河道污水,已经处理接近达标而又达不了标的河、湖、塘的污水处理中使用波裂解固体滤料和处理液的方法进行了试验,制定出了一批处理方案。

  4、研究了波裂解滤料反复自然活化,长期使用的方法。研究发现将滤料装袋定点安放在河道中,滤料就会将水中氨氮、重金属、cod、总磷物质吸附在孔道中,同时水中的细菌也会向滤料袋周围集中,在滤料中发生各种反应,消化掉滤料吸附的污物。从而使滤料成为长期不断地消耗水中的污物,增加水中的溶解氧的材料,成为水中生物生长繁殖的温床和工作的加工厂,成为河道自净体系的重要组成部分。以其对氨氮的消化为例,其反应过程是,波裂解滤料将污水中的氨氮吸附在孔道中,在消化细菌作用下进行消化反应,在反消化细菌作用下,产生反硝化反应。在波裂解滤料周围水生生物很快会大量繁殖起来,水生植物通过光合作用放出大量氧气,使滤料能不断吸附氨氮,不断消化氨氮变成氮气放出。通过这样一个生化过程,波裂解滤料一次投放就可长期发挥净化作用。再在河道治理的适当时候,向河道中投放适当的水生物,修复河道的生态食物链,逐步修复河道生态自净能力,依靠这一能力长期保持河道清洁。

  用波裂解污水处理新材料处理污水,创造出了全新的以石治水,以水治水的技术体系,将会给污水处理事业带来六大革命性变化:这些新材料使用条件很低,处理速度快,适用范围广,污水中的污染物有的变成了氮气、氧气和水,有的变成了有用资源,解决了污水处理放出大量温室气体,产生大量污泥的问题;用一种材料能同时降低cod、氮磷,重金属,还有退色和絮凝功能,解决了污水处理使用大量化学药剂的二次污染问题;使用这些新材料采用原位快速处理就地回用的方式,避免了把污水集中到大型污水处理厂处理发生的污染重叠、交叉、复合和各种污水互相稀释的问题;以石治水,以水治水,是一种全新的理念,水循环、水平衡、水经济和水生态完美实现;新材料在修复河、湖水域生态尤为简便:首先投入水剂,化解底泥和污物,再投入滤料提高水中溶解氧,增加水中生物食料,恢复生物食物链,在较短时间内就可解决传统方法难以解决的水体生态修复问题。

  成功案例:百闻不如一见,百议不如一做,按上述方法制成的污水处理新材料在实践中使用都很有效:

  1、2018年9月江苏苏州一家知名污水治理企业的老总,听说这一高科技滤料,就亲自在国庆放假期间做实验进行验证。其方法是在50升污水中放入一升波裂解滤料,浸泡24小时后测水体的各项污物浓度与原水浓度进行对比,结果如下:

  这位第三者的实验和数据应该是可靠和真实的,它说明波裂解高科技滤料是十分高效的,它对水中污物的消解是全面的。

  2、2017年6月,中国原子能科学研究院用波裂解法生产的带磁性的波裂解滤料,对日本福岛核事故的放射性污染的土壤进行模拟试验,滤料:土壤=0.05:1,土壤含水率20%,土壤铯污染浓度1%,向污染的土壤中撒进滤料,搅拌后,静置3天,再用磁分离机将滤料和土壤分离。结果处理后土壤回收率大于94.55%,铯的去除率大于92.24%,以上数据证明波裂解滤料处理放射性污染是十分有效的。

  3、麻类和脱胶产生的污水,由于麻芬等物质生成了非常稳定的物质混溶在水中,号称世界第一难处理的水。2017年12月24日,公司找来了这种水,向其中加入了10%公司制造的超临界后水,污水立即由褐棕色变成浅黄色,大约一分钟 水中污染物就絮凝成大块沉淀了。一个超临界处理后水起了cod、氨氮、总磷去除剂、退色剂、絮凝剂等多种化学品的作用。

  4、2017年10月,公司采用此技术到上海进行河道治理试验示范,在嘉定区江桥镇首先治理了三家村浜、胡巷池、池头梢三条有名的黑臭河,治理了两个月,都摘掉了“黑臭帽子”。地方政府又指定了二条流经其境内的长各7公里的流动水河要我们治理,这二条河都经过多次治理,水质已有很大提高,但是多年就是达不到地面五类水质要求,主要是氨氮超标。2018年上半年流经华江桥断面的月均氨氮5.9mg/L,流经石湾桥断面的月均氨氮是5.39mg/,公司8月份开始对其治理。不是对7公里河道全面治理,而是在二桥断面集中向200米的河道各投放20吨滤料,当河水流过此200米时,氨氮被吸收后再流向下游,河道出水都可被净化。治理一个月中各进行了10多次检测平均下来,华江桥降到了1.56mg/L,石湾桥降到了1.45mg/L,效果非常理想。

(责编:王静、杜燕飞)