劉晨明：凈化廢水技術先行

范國軒

劉晨明，中國科學院過程工程研究所研究員，碩士生導師，注冊環(huán)保工程師，國家環(huán)境保護專業(yè)技術青年拔尖人才。主要從事污水處理、高濃度氨氮廢水廢氣資源化和納米碳材料的研究。研究成果包括碳材料改性和應用、工業(yè)廢棄物循環(huán)利用技術、廢水資源化和無害化技術與工程設計等。

在carbDn、Journa1 of MaterialsChemistry A、Chemosphere等國內外優(yōu)秀期刊和國際國內會議發(fā)表論文55篇，申請發(fā)明專利20余項，參與譯著1本。獲國家技術發(fā)明獎二等獎1項（排名第6）、環(huán)保部環(huán)?？萍吉勔坏泉?次（分別排名第2、第5）、國家環(huán)境保護實用技術示范工程2項（分別排名第1、第4）。先后承擔國家自然科學基金、“863”、水專項和企業(yè)委托研發(fā)等多項科研項目，主持或參加資源回收與環(huán)保示范工程設計近40項。

水資源是人類生產生活不可或缺的資源，然而，隨著城市化進程的加快和經濟的迅猛發(fā)展，人類缺乏周密的統(tǒng)籌規(guī)劃，急功近利、盲目發(fā)展，忽視了對水資源的保護，使得水污染狀況愈演愈烈。工業(yè)企業(yè)作為水體污染的重要污染源，具有污染物濃度高、毒性強、成分復雜等特點，導致其處理難度大、成本高。

在“水專項”的實施過程當中，大量實地考察和數據調研證明，經濟可行的水污染處理設備和技術對于企業(yè)的發(fā)展刻不容緩。而事實的確如此，很多水污染處理技術由于成本過高，企業(yè)自嘲：“不上環(huán)保等死，上了環(huán)保找死?！?/p>

在了解到企業(yè)并不是沒有環(huán)保意識，而是環(huán)保成本難以承受的情況下，中國科學院過程工程研究所研究員劉晨明更加堅定了攻破工業(yè)廢水領域難題的目標，八年來，他一直從事工業(yè)廢水處理，特別是高濃度氨氮廢水廢氣資源化的研究與產業(yè)化應用的工作，他說：“我希望能夠在這個領域貢獻一些自己的力量，真正推動工業(yè)環(huán)保技術的進步?！?/p>

做科研，需要一股踏實鉆研的勁兒

對于劉晨明來說，環(huán)保知識的最初啟蒙源于北京工業(yè)大學。早在本科期間，劉晨明就選擇了環(huán)境工程專業(yè)，提及本科生涯，他回憶說：“讀大學的時候，印象最深的是《環(huán)境監(jiān)測》課程的學習，老師教我們怎么布點、怎么采樣，我們穿著白大褂，帶著設備，在馬路上采集空氣樣品，感覺非常有意思?！币舱窃谀菚r候，劉晨明真正意識到了自己所學的專業(yè)能夠讓他深刻地了解到我們所生活的環(huán)境是怎樣的，到底是什么污染最嚴重。

憑著本科期間優(yōu)異的學習成績，劉晨明順利被保送到了我國科學技術最高學術機構——中國科學院就讀研究生，師從張懿院士、曹宏斌研究員。兩位老師長期以來在清潔生產、資源循環(huán)和環(huán)境工程方面的“全過程污染控制”學術思想照亮了劉晨明在工業(yè)廢水的經濟性綜合處理和資源化利用方向的科研道路。

師恩難忘，提及兩位導師，劉晨明感慨地說：“我最敬佩的是兩位老師對科學研究的執(zhí)著，對工作的敬業(yè)以及一股踏實鉆研的勁兒。張懿院士六十多歲還親自去實驗室指導學生做實驗，曹宏斌老師的實驗室就在辦公室對面，一有時間，他就泡在實驗室里，親自觀察實驗現象。兩位導師雖然在科研方面已經取得了較高的成就，但是依舊站在科學研究的第一線，那股踏實鉆研的勁兒時時刻刻激勵著我?！?/p>

受到兩位導師的影響，劉晨明在學術研究方面也養(yǎng)成了踏實做事，刻苦鉆研的好習慣。在有些中試研究或工程試驗中，劉晨明和林曉、李玉平、李海波、盛宇星等師兄弟們在現場一呆就是幾個月。有些工程現場的工作和生活環(huán)境很差，有時候甚至只能喝受到污染的井水。但是，對于科研的熱情和解決污水處理難題的堅定信念促使劉晨明克服著種種困難，始終心甘情愿地堅守在工程前線。

提及工程現場的點點滴滴，劉晨明說：“我感觸最深的是做什么事都要踏踏實實的，一點兒僥幸心理都不能有。沒有研究清楚就上工程，一定會出問題，科研工作者尤其不能放任，因為一個小小的差池都有可能導致巨大的損失?！眲⒊棵饕灿米约旱膶嶋H行動證明了這一點，在工程現場，他大膽猜想，小心求證，仔細地觀察著每一個現象，推敲著每一個細節(jié)，生怕錯過一點細枝末節(jié)。

在做污染源解析工作的時候，企業(yè)對于生產工藝過程中哪塊產生了污染，污染是怎么轉移的不清楚，劉晨明和團隊的同事們從生產的物料平衡入手，請教了很多有名的老專家，深入到企業(yè)內部，觀察生產過程，與技術人員進行面對面的交流，把水、氣、渣的每一個污染節(jié)點挑出來，挑出重要污染點，解決了主要矛盾，其他問題自然就迎刃而解了。例如在鎢鉬冶煉行業(yè)，污染源解析工作揭示了生產過程產生的母液、反應和蒸發(fā)過程產生的含氨廢氣是最主要的污染源，從而為后續(xù)的源頭減排工作提供了科學的依據。

從末端治理到源頭減排

鎢、鉬是重要的戰(zhàn)略金屬，廣泛應用于國民經濟、國防軍工的各個領域。我國鎢、鉬儲量排名世界第一，同時也是世界上最大的鎢、鉬產品生產國。氨/銨鹽是鎢鉬冶金的重要生產輔料，由于氨具有易揮發(fā)性，能夠通過加熱方式進行分離，不會引入新的雜質，為保證鎢鉬資源提取率，常過量添加。

過量添加的氨/銨介質導致后續(xù)在結晶、洗滌、煅燒等工段產生大量氨氮廢水及廢氣。由于鎢鉬冶煉廢水中氨氮濃度高、處理困難、產生量大，造成行業(yè)耗水量、排污量巨大，末端治理的傳統(tǒng)環(huán)保治理方式帶來的高成本讓企業(yè)入不敷出，難以維持行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

為了解決鎢鉬冶金污染末端治理的難題，通過清潔生產工藝優(yōu)化、資源循環(huán)設備研制實現源頭減排，讓中國粗放型的工業(yè)在技術上有所提升，實現真正意義上的轉型，劉晨明所在的科研團隊積極承擔了鎢鉬冶金氨污染全過程控制技術及應用示范項目。

在此項目中，劉晨明主要負責技術路線和方案的制定，在“強化熱分解氨一金屬化合物/絡合物一汽提精餾脫氨”核心技術的研究基礎上，他進一步對汽提精餾脫氨塔進行了塔內件材質優(yōu)化設計研究和阻垢劑研究，有效解決了鎢鉬冶煉等冶金行業(yè)氨氮廢水處理過程中設備內壁及內件易腐蝕、易結垢堵塞的問題，延長了設備連續(xù)運行時間2～10倍。

隨著項目的順利開展，劉晨明所在科研團隊完成了鎢鉬冶煉氨污染全過程控制清潔新工藝和配套技術：針對APT萃取法生產線，研發(fā)出了含氨母液深度脫氨一鎢轉化回收一氨循環(huán)關鍵技術、含氨廢氣/汽深度處理一氨循環(huán)一廢氣吸收水循環(huán)利用關鍵技術：針對APT離子交換法生產工藝，開發(fā)了出低濃度氨氮廢水電滲析濃縮一水回用技術、含氨廢水一廢氣/汽耦合處理技術：針對鉬酸銨生產過程，開發(fā)了出酸性氨氮廢水吸收廢氣/汽一緩釋阻垢一汽提精餾耦合處理技術。

此項技術的研發(fā)通過了中國環(huán)境學會組織的科技成果鑒定，實現了污水處理從末端處理到源頭減排的跨越，并且被贊譽“技術整體上達到國際先進水平”。而事實的確如此，一些實實在在的數據證明了一切，通過不懈努力，劉晨明所在的科研團隊實現了廢水、廢氣中氨氮脫除率及氨回收率高于99%，處理出水中氨氮濃度≤8mg/L，回收得到的氨水濃度高于16%，氨水中雜質含量優(yōu)于高純級氨水標準，Na、K均<1mg/L。且進一步實現由廢水回收氨水過程低壓飽和蒸汽消耗量小于100k g/噸廢水，最低可小于80kg/噸廢水，降低了處理成本10%以上。依靠環(huán)保技術的升級，企業(yè)通過回收資源大幅度降低了污染處理的綜合成本，同時由于使用了回收的高純度氨水，使一些企業(yè)的產品質量得到顯著的提高，從而提高了企業(yè)在市場上的競爭力。

“基礎研究和示范應用同等重要”

“基礎研究和示范應用同等重要”，這是劉晨明從事科研領域以來一直堅信的一點，他說：“不管是基礎科研還是示范應用，它們都有自己獨特的魅力使我追索至今而不放棄?！?/p>

“基礎研究從科研到產出，是一個很長的周期，需要你坐得住冷板凳，耐得住寂寞，守得住清貧。基礎研究是研發(fā)應用的根基，好的研究一定是有用的，就像愛因斯坦的質能方程，不管是原子彈還是核電站，都能夠應用得上。基礎研究的內容看似離我們的生活比較遠，但是很快就可能應用到實際生活當中了，比如說量子的瞬間移動，看起來科幻，實現起來卻指日可待。”劉晨明說。

然而，基礎科研的最終目的始終是面向研發(fā)應用的。因此，劉晨明認為科研轉化也一樣重要。到目前為止，他所在的團隊研發(fā)的很多項目都已經運用到了企業(yè)生產當中。其中，鎢鉬冶金氨污染全過程控制技術及應用示范項目已累計申請專利36項，在亞洲最大鉬企業(yè)一金堆城鉬業(yè)建成了鉬行業(yè)首套含氨廢水、廢氣資源化示范工程，并獲“2015年國家重點環(huán)境保護實用技術示范工程”：在國內最具有影響力的鎢企業(yè)之一江鎢集團建成了鎢行業(yè)首套含氨廢水、廢氣資源化綜合治理工程。這套技術通過了環(huán)保部組織的嚴格的專家評審，獲得了2016年度環(huán)境保護科學技術獎一等獎。

除此之外，項目還在鎢鉬及相關行業(yè)共建設示范工程13套，通過解決傳統(tǒng)冶金工藝中氨氮污染瓶頸問題，提升了行業(yè)的水、氨、鎢鉬的資源利用率，為示范企業(yè)處理廢水120萬噸/年，減排氨氮1.5萬噸/年，回收高純氨水12萬噸/年，新增回收鎢鉬等金屬資源230萬元/年，節(jié)水50萬噸/年，新增產值2.5億元/年。

提及科研工作當中的難題，劉晨明深有感觸地說：“最初的時候，技術推廣是一個瓶頸，我們的科研項目，包括獲獎技術，在拿出去推廣的時候，很多企業(yè)的第一反應是懷疑?！鄙罹科渲械脑颍瑒⒊棵鹘忉屨f：“企業(yè)甄別污水處理技術的水平有限，往往被國內一些沒有核心技術的小環(huán)保公司低成本、高效率的表象承諾所迷惑，最后得不償失，在環(huán)保的道路上走了彎路?！?/p>

談到這里的時候，劉晨明也對環(huán)保產業(yè)市場進行了反思，他認為，目前我們國家的環(huán)保市場不夠規(guī)范，環(huán)保公司有沒有核心技術都可以對外運作，在經濟利益的驅使下，什么都敢跟用戶承諾，“能耗低”“價格便宜”“免費試用、不達標就將設備拆走”，受資本運作的影響，用戶很難拒絕。而對于項目工程來說，快的話三五個月，慢的話一兩年，如果環(huán)保工程實施后仍然不能達標，將繼續(xù)整改，這也會耗費更多的時間，也會影響工業(yè)企業(yè)的正常生產，最終得不償失。

在這個過程中，一些不規(guī)范的環(huán)保公司擁有足夠的時間，通過各種商務手段達成交易。這種現象對于環(huán)保行業(yè)的長期發(fā)展非常不利，對于整個行業(yè)的轉型是一種阻礙。劉晨明說：“不管是從技術、資金，還是從政策層面來看，國家、行業(yè)協會、環(huán)保團體等對真正好的技術做一些推廣和扶持是非常重要的?！?/p>

雖然在技術推廣方面有一道坎兒，但劉晨明從來沒有氣餒過，一種科研工作者的責任感驅使著他潛心研究技術，用實力逐漸獲得企業(yè)的信任。通過實踐的檢驗，劉晨明所在團隊的項目已經在越來越多的企業(yè)里應用推廣。