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汪晓军团队的既回用水又回用盐专利终于有了用武之地
《中国科学报》记者 沈春蕾 / 时间:2019-09-05 09:52:17

汪晓军团队的既回用水又回用盐专利终于有了用武之地

汪晓军


  据科学网2019年9月5日讯 “企业的预付款已经给到学校。”近日,压在华南理工大学环境与能源学院教授汪晓军心头的一块石头终于落地。不久前,华南理工大学与互太(番禺)纺织印染有限公司签订合作协议,将建设一座日处理3000吨的浓水回用工程。
  “这次技术合作金额达1118万元,也是我们团队研发的印染废水回用达到近零排放项目收获的第一个“千万级”专利应用合同。”汪晓军告诉《中国科学报》,“新技术从研发到推广这条路走起来很不容易,尤其是技术推广花费的力气,比技术开发还要多。”
  一种实现印染废水零排放的方法
  印染工业是用水大户,随着水资源的日益紧张,往往要求提高废水回用率,以降低水资源的消耗及生产废水的排放。
  汪晓军向记者介绍道,常规的废水处理能脱除废水中绝大部分有机污染物及悬浮物和色度等污染物,处理后的废水达到国家规定的排放标准。而要提高废水的回用率,就要用到反渗透(RO)工艺,将预处理后的废水通过反渗透膜物理分离为淡水与浓水。其中淡水是近乎于纯水的高质量回用水,而浓水则浓缩了废水中的所有杂质(或污染物)。
  印染废水中含有盐,且盐的浓度不低。废水中为什么有盐?这跟印染中的一道工序相关。汪晓军举了一个例子,为了使布料更容易着色,在染色过程中需要向水中投加盐,染色工序盐的投加浓度在3~4%左右,这部分废水与其它废水混合后印染废水盐的浓度大约为0.7~0.8%,经RO处理,盐都进入浓水中,RO浓水中盐的浓度就增加到1.5~2%。
  既然印染染色过程需要盐,能不能将RO浓水中的水与盐双回收,再回用于染色工序呢?为此,汪晓军带领团队通过大量实验探索发现,废水中的有机污染物与硬度都是影响回用水质量的关键因素。
  汪晓军解释道:“通过化学氧化法,脱除了反渗透浓水中的有机污染物,可以减少回用水染布形成的色差;再通过软化法,脱除其中的硬度,就可以免除硬度造成的染色不均匀性。”
  为此,团队用脱除有机物与硬度的回用软盐水,来代替自来水与盐;按染色的要求,再适当补充一点盐应用于染色工序后发现,染色效果与使用自来水与盐的效果相差无几,色差在1%以内,不仅达到国家规定的标准要求,还实现了水和盐的双回用。
  该方法在实验室完成小试探索后,又在工厂的小型染色实验机上得到验证。2013年底,团队申请了发明专利“一种实现印染废水处理零排放的处理方法”,并于2014年获得授权。“这也是近几年来我们从申请到获得授权所花费时间最短的一项发明专利。”汪晓军自豪地说。


汪晓军团队的既回用水又回用盐专利终于有了用武之地

汪晓军(右二)在验证工程现场


  市场推广困难重重
  “通过这项专利技术回收软盐水,不仅提高了废水和盐的利用率,还有一定的经济效益。”汪晓军指出,经过测算,将RO浓水处理成软盐水,每吨水的处理成本大约7元钱,但一吨软盐水,其中含盐约16公斤,盐按500元一吨,价值8元,若一吨自来水3元,回收的价值达11元,这其中还没有计算印染废水排放所要支付的排污费。
  这种既能减少排污量,又能创造一定的经济效益的专利,按理说应该容易推广。但在实际推广过程中,汪晓军团队却遇到了重重困难。
  “我每年都参加各种与印染相关的会议,并在会上推广我们团队的这项技术,不少企业听了我的报告后也觉得是个好技术,但就是没有动力改造现有的车间以使用这项技术。”
  汪晓军不明白,为什么好技术推广起来这么难?
  汪晓军团队经过多次与厂家交流,分析和探讨后发现这里面有一笔技术经济账:一般大型纺织印染企业都建在河边,水源充足,取一吨河水制备成工业自来水,一吨水的处理成本只需要0.3~0.5元,而采用RO,若以回用的纯水计价,一吨RO的纯水成本就高达3元以上。另外,还有相应的工程及工艺整改、操作调整等等。
  作为水处理技术,与一些产品开发技术不同,新产品可以给企业带来新的利润,而水处理技术更多只能创造保护环境的社会效应,能给企业带来的直接利润有限,因而相对而言也难卖高价。
  印染企业产品利润相对较薄,企业主必须精打细算地控制生产成本。汪晓军团队的另外一个合作方——广东溢达纺织有限公司相关技术负责人指出:“对于企业来讲,取河水处理成工业自来水,是最省钱也是最方便的做法。若用新的方法,首先RO系统要运行,而后RO的浓水要进一步处置。在生产车间,还要有专用的回用盐水管道,增加新的物料管道及相应的操作规程,对于旧厂改造还是相当麻烦的。”
  这位负责人还表示,若是新建的工厂,采用汪晓军团队的专利技术可能更好。汪晓军也发现,一方面新技术的推广需要政府推动和经济驱动,另一方面,也许在缺水地区,这项专利技术才能显示其优越性。
  技术有了用武之地
  近年来,随着环保执法力度的加大,一些工厂或工业园批准的取水量及排水量要求,也得到了严格执行,加之企业的环保意识不断提高,汪晓军团队开发的这项既回用水又回用盐的专利技术,终于有了用武之地。
  他告诉记者,团队与广州、佛山、东莞等地的多家纺织印染企业都有合作。“作为广州最大的纺织印染企业,互太(番禺)纺织印染有限公司与我们已有多年的合作基础。十多年前,我们开发的臭氧-曝气生物滤池深度处理工艺,已在互太工厂的废水处理中运行多年,效果良好。”
  汪晓军回忆道,“当年为开发这项浓水的回用技术,我们课题组的博士生与硕士生,借用了互太公司的小型染色机,来验证回用水的可靠性,故互太公司对我们这项技术也是了解的。”
  今年,互太公司为了进一步提高企业的清洁生产水平、减少水资源消耗、提高水的回用率,与汪晓军团队就这项专利技术开展了应用合作,促成了日处理3000吨的浓水回用项目的签约。
  “在这个项目中,我们不仅提供专利技术,还要提供相应的工程设计、工程施工、关键设备与技术服务。”汪晓军向记者透露,该项目也是华南理工大学环境与能源学院近年来最大的专利技术推广应用的横向骰宝玩法科技开发项目。
  在纺织印染行业的水回用领域常听到“零排放技术”等口号,如将所有的水都蒸干,冷凝水回用也是可行的,但极高的蒸发成本必然限制这项技术的推广应用,特别是利润率相对较薄的行业。
  “我们这项回用技术的优点在于用最小的代价,既回用了废水中的水,又回收了废水中的盐,从而比较经济地提高了水的回用率,对于珠三角、长三角经济发达地区印染行业原地保留、降低印染行业废水污染,具有重大意义。”汪晓军说。
  万事开头难,汪晓军希望这项专利技术能有更多的用武之地。