万金泉:初心不改为清泉

2016-05-08 10:44:12


文/ 庞贝 毛艳玲


“我们希望未来的世界是绿色的,未来的天空是蓝色的,未来的河水是青色的……” —万金泉

为一方沃土,守一泓清泉

随着城镇化、工业发展以及人口数量的不断膨胀,水、大气和土壤等在内的生态问题,正在成为日益富裕的中国人热议的话题。

水是生命之源。良好洁净的水是人类身体健康的保障条件,是经济社会持续发展的重要基础,是全面建成小康社会和建设美丽中国的根本需求。然而,我国面临十分严峻的水污染形势,近年来层出不穷的水污染事件,更让公众对这一生存不可或缺的资源感到担忧。

2014年3月,环保部发布首个全国性大规模调查。结果显示,我国有2.8亿居民使用不安全饮用水。国土资源部网站发布的调查结果显示,华北平原浅层几乎已无Ι类地下水;需经专门处理后才可利用的V类地下水占56.55%以上。

在水体的几大类污染源中,造纸工业污水占据重要比重,扮演着极不光彩的角色。随着人类对社会的发展,造纸行业得到了很大的发展,但也对人类的健康与生态环境造成了巨大的破坏。据近几年统计显示,全国造浆制纸行业污水排放量约占全国污水排放总量的10%—12%,居第三位;排放污水中的化学需氧量约占40%—45%,居第一位。造纸工业已成为我国污染较为严重的行业之一。

让水更清,不仅是每一个普通人的心愿,作为一名研究废水处理技术工艺的研究者,万金泉这样的愿望更为急迫,更多地导向实际行动。

万金泉,华南理工大学环境与能源学院教授,博士生导师,2014年获得“广东省五一劳动奖章”,2009年获国家科学技术进步二等奖。

都说不忘初心,方得始终。但要说起万金泉的初心,似乎更多源自于年少时对于青山绿水的记忆。

还是在万金泉就读大三的那年,他和同学去郊游经过一片麦田,在暖暖的阳光下,绿油油的麦子已经有一尺多高,开始抽穗了,一望而知的丰收似乎近在眼前。但当他和同学们漫步到田埂,却发现大片麦田被发出恶臭的液体所覆盖,听村民们讲那是周围工厂生产时排放的污水,未经任何处理便直接流向麦田。

“至今回想起来,那一幕仍然觉得触目惊心。现在,连原来农村不少清澈见底的河流也变得浑浊不堪,河里鱼虾水草几乎绝迹。我想要尽自己所能,为保护自然环境做一些事情。”万金泉说。

为一方沃土,守一泓清泉。正是源于这样的动力,万金泉将自己的青春、热情和努力都奉献给了自己热爱的事业。


万金泉(右二)到造纸企业了解水循环利用对纸张质量的影响情况

矢志创新,换千江澄碧

造纸废水一般有三个来源:一、制浆时纤维分离,漂白和抄纸时稀释、压榨、烘干浆料等工艺过程排出的含有大量纤维、无机盐和色素等污染物浓度很高的废水,即黑水;二、洗涤漂白过程中产生的大量含高浓度的木质素、纤维素和树脂酸盐等较难生物降解成分的中段水;三、抄纸机排出的含有大量纤维、填料和胶料的废水,即白水。

造纸废水中通常含有大量的难降解有机污染物(POPs),主要污染指标COD(化学需氧量)、BOD(生化耗氧量)、SS(固体悬浮物)等较高。

目前大多数造纸企业主要使用的传统“物化+生化”废水处理模式,无法有效降解废水循环回用中产生的累积性难降解有机污染物,处理后的水难以满足回用要求。

近年国家提高了造纸废水的排放标准,不仅降低了COD、BOD的允许排放数值,还增加了对总氮、总磷、吨纸用水量等的限制。随着废水排放标准不断提升,现有的造纸废水处理技术很难满足新标准的要求。同时,废水处理大多采用人工操作,造成处理系统运行不稳定、能耗高、处理成本大等缺点,这使造纸企业面临着巨大的环境生存压力,影响我国造纸行业的可持续发展。

面对这些亟待解决的难题,万金泉和他的团队矢志不移,潜心研究了十数个春秋。

万金泉团队隶属于华南理工大学环境与能源学院、制浆造纸工程国家重点实验室。在万金泉教授的带领下,团队长期从事废水污染控制新理论、新技术的研究工作。团队以“保护环境、造福人类”为己任,求真务实、开拓进取,围绕着造纸废水中POPs的累积及降解规律、高效物化生化处理及高级氧化深度处理的理论与技术、废水处理过程中智能控制策略等开展了大量的研究工作,取得了丰硕的技术成果,先后提出了“废水的高效一体化处理方法”、“废水中持久性有机污染物的碳源协同代谢生物处理方法”、“工业废水处理系统的嵌入式三层网络控制方法”、“乙醇发酵型多点回流式IC厌氧生物处理反应技术”等一整套具有自主知识产权的废水处理新技术、新装备,打破了国外在该领域的技术垄断,获得了20多项中国及国际发明专利授权。技术成果及设备在全国16个省(区)的近百家企业得到推广应用,取得了良好的经济和社会效益,为我国的环境保护和节能减排作出了重要贡献。项目团队研究开发的“造纸废水处理及资源化利用系列技术成果”2009年获得国家科学技术进步二等奖,2007年获得广东省科技进步一等奖,2007年获得国家环境保护科技成果奖,2015年获教育部自然科学二等奖、2005年获得广东省造纸学会科技成果一等奖。万金泉教授的专利“废纸造纸废水的处理方法”2010年获得中国专利优秀奖、2011年获得广东省专利金奖。2014年中国造纸学会将首届“中国造纸蔡伦奖”授予万金泉教授,以表彰其为我国造纸工业污染控制所作出的杰出贡献。

十多年来,国家的废水排放标准不断提高,万金泉项目团队创新的脚步亦从未停歇:

2000年,第一台一体化设备投入运行;2003年,第一套共代谢好氧生物处理设备投入运行;2006年,第一台乙醇型厌氧反应塔投入运行;2010年,第一套嵌入式废水处理智能控制系统投入运行;2012年,第一台PS高级氧化反应塔、沼气发电系统开始运行……

近年来,他们研发的“高效一体化+A2O生化处理技术”已在全国几十家造纸企业得到推广应用。在此基础上,针对上文提到的造纸工艺污水处理技术难点,他们提出造纸废水乙醇型同时产酸反硝化高效厌氧处理技术、Fe0催化活化PS高级氧化深度处理技术和基于模糊—BP神经网络的造纸废水处理智能控制技术,形成了造纸行业高效节能废水处理及资源化利用技术与装备,可以使造纸废水的循环使用率由目前的50%—60%提高到90%以上,实现了造纸废水“趋于零”排放,节能降耗并实现厌氧沼气能源回收再利用。

相关研究成果获得多项国家(国际)发明专利及计算机版权授权,并形成国际领先水平的具有自主知识产权的高效节能造纸废水处理及资源化利用技术与装备,为造纸工业节能减排提供一个新模式,对于保护水资源和生态环境具有重大意义。


万金泉(后排中)与培养的硕士博士研究生在一起

这一项目带来一系列极具应用价值的创新成果和设备:

一体化高效物化处理器

作为新一代废水物化处理器,其处理器结构紧凑,集废水与絮凝剂的混合、反应和澄清过滤于一体,从而减少了设备的占地面积,降低了物化处理的成本。处理器利用废水自身生成的絮凝沉淀物,在处理器内部形成稳定的、可连续自动更新的吸附过滤床,具有活性炭的作用,大大提高了废水的物化处理效果。

好氧生物处理技术

针对废水中难降解有机物POPs的特点,利用诱导底物和代谢底物形成碳源协同共代谢废水好氧生物处理技术,大大促进了废水中POPs的有效降解,解决了废水中难降解可溶COD的累积问题,该技术可大大提高废水的好氧生物处理效果。

废水处理的智能控制系统

将BP神经网络和模糊控制技术用于废水处理过程的智能控制,对废水处理过程的COD、TOC、ORD、DO、泥位界面等参数在线检测,通过嵌入式计算机对废水流量、加药量、溶解氧、泥位流化床高度、回流量等进行反馈控制,实现废水处理系统的24小时无人值守的先进运行模式,提升废水处理系统的技术水平和管理水平,降低废水处理系统的运行费用。高效厌氧反应设备通过对传统厌氧反应设备结构的改进,开发出新一代多点回流式厌氧反应器,实现垂直方向上功能区域的划分及水体螺旋升流,为厌氧生物产酸与产甲烷菌创造各自适宜的环境,有效地避免了短流、返混、气涌、酸化、污泥钙化等厌氧反应过程中易发生的问题,实现了乙醇型厌氧反应,提高了厌氧反应器的效率。


万金泉(中)到企业解决我国最高速造纸机白水浓缩处理的技术难题

废水厌氧沼气收集发电技术

由厌氧处理反应设备产生的沼气,经过气体净化、贮存单元及阻火器后到达发电机组,在机组中燃烧发电。发出的电能经过配电系统调节后供厂区生产用电,经测算每公斤COD可产生0.3立方米的沼气,可发电约1.5—2.5度。该技术可使废水厌氧产生的沼气得到充分的利用,减少温室气体的产生,同时可为企业带来可观的经济效益。

基于PS的高级氧化深度处理技术

本技术可实现在广泛pH下,产生具有高氧化电位的自由基,再通过自由基与污染物间的加成取代、电子转移、断键、开环等作用,使废水中残留的难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质,甚至直接分解成为CO2和H2O,达到废水深度处理的目的。同传统的高级氧化处理技术相比,本技术具有处理成本低、操作简单等特点。

基于上述一系列创新成果,“一体化+A2O生化处理技术”项目通过解决造纸行业环境与用水水质问题,将大大提升广东省造纸行业的竞争力,为促进我国造纸产业转型升级及可持续发展提供技术服务,并为其他传统产业的优化升级提供经验借鉴。同时,通过对废水的厌氧反应设备、高级氧化反应设备以及智能控制设备的研发,将形成一系列具有自主知识产权的先进节能环保设备,提高节能环保设备的科技含量,也将大大提升环保产业的竞争力,推动节能环保设备产业的快速发展。

这一项目研发的技术成果可大幅度提升造纸废水的循环使用率,使废水处理电耗降低约30%。该项目完成并产业化推广后,同目前造纸工业常用的废水处理方法比较,仅在广东省造纸产业可减少废水排放约4亿吨/年,减少温室气体甲烷排放约1.49亿立方米/年,节电约1.2亿元/年,沼气发电14.4亿度/年。按照目前广东省造纸产量每年2000万吨计算,通过这一技术的实施,每年可以节省造纸用水量4亿吨,造纸行业所造成的污染将大大减少,生态环境明显改善,居民生活质量明显提高,对于保护水资源和生态环境具有重大意义。

目前,“一体化+A2O生化处理技术”项目已在全国13个省(区)的近百家造纸企业得到应用,每天处理造纸废水80万吨,通过节电、节水、节约造纸纤维创造经济效益约2.07亿元/年,获得国家和省级科技奖励10多项,为项目的示范建设与产业化推广提供了坚实的基础。

基于上述成果,团队发表相关学术论文150 多篇,其中在Water Environment Research、Bioresource Technology、Expert Systems with Applications、《环境科学》、《中国造纸学报》等国内外著名专业期刊上发表学术论文100多篇,并出版相关专著三部《废纸造纸及其污染控制》、《造工业环境工程导论》、《造纸工业废水处理技术及工程实例》,在造纸废水处理相关技术领域获得28项国家专利授权和6项计算机版权,这也为本项目的顺利实施提供良好的基础。

20多年过去了,从懵懂的初学者成长为专业的领军人物,万金泉没有忘记自己的初衷。他以“保护环境、造福人类”为己任,希望能够学以致用,还祖国大好河山一片水都绿城。

建设生态文明、塑造美丽中国,被写入十八大报告,十八届三中全会也庄严提出,要建立系统完整的生态文明体系。让山更绿、水更清、天更蓝,是每一个生长在这片沃土之上的华夏儿女的共同心愿,这心愿将推动着万金泉和他的团队矢志不移,不倦前行。

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