訪談專欄
上屆世環會同期成功舉辦2020世環會長三角環境院校技術路演活動暨2020長三角高校環境技術交流峰會，將環境院校的高新專利技術工藝及解決方案推送給有需求的環保企業及行業終端用戶業主單位，真正解決企業的三廢治理問題。上海師范大學環境與地理科學學院教授張永明團隊從事水處理技術研究已近三十年，現場為我們介紹了自主研發的適用于深度脫氮的專利技術——篩板塔式生物反應器，可以廣泛應用于城市生活污水提標改造。
為更好地助推科技成果轉移轉化，提供科技服務，世環會主辦方對張教授進行了專訪。
觀點摘要
- 傳統生物脫氮技術無法滿足某些地方現有的更加嚴格的污水排放標準
- 原創技術篩板塔式生物反應器可大幅節約生物脫氮過程中碳源消耗量，應用領域廣泛，預計可撬動數千億污水處理市場。
- 高校院所(特別是理工科)的專家愿意與市場化機構合作，讓專業的人做專業的事，使自己的科研成果可以造福國家和社會。
采訪全文（括號內為補充說明內容）
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，在工業污水處理方面側重研究難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和裝備。
記者：近年來我國污水排放標準日益提高，許多企業存在水質達標困難的問題，您怎么看待這個現象？
張永明：我們以生活污水總氮排放標準為例，目前所采用的傳統工藝能達到國家一級a的標準(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準。
隨著國家對環境保護的日益重視，有不少地方已將該標準提高至10mg/l甚至5mg/l以下。所以，采用傳統的生物處理工藝幾乎就不可能達到這一標準，除非不惜成本地進行深度脫氮處理。我們的技術正是在此背景下應運而生。此外，眾所周知，任何標準的制定都是依據現有技術水平而定的。因此，生物脫氮技術一旦取得重大突破，將有可能推動國家標準的提高或改變。
記者：世環會活動現場許多企業對您的技術感興趣，可以請您再介紹一下篩板塔式生物反應器的原理嗎？
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。但是現有的工藝和技術無法提供良好的缺氧空間，導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準廢水排放的難點所在。
(碳源：如淀粉、葡萄糖、甲醇、乙醇等物質都含有碳，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，隨著濾池內微生物的生長，會出現堵塞床層的現象，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，這是我們設計新型反應器的基礎理論。此外，再好的技術，如果操作復雜的話，就很難得到推廣應用，而我們的反應器操作非常簡單，一旦調試完成，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是您原創的。
張永明：對，是我們自主研發的。國際著名環境工程專家，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，我們的技術是原創的，在某種程度上是我們中國人自己設計制作出來的，這也是我們比較自豪的一點。因為現在我們國家在環保領域用的絕大多數技術或裝備都是國外引進的，或者最初的想法是國外的。為了提升我國在環保領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技術。
記者：這項技術的研發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據。另外，考慮到技術和裝備具有生物膜穩定的特點，我們下一步可能在此基礎上還會推出更新技術和產品，在水處理領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。現在我們最大的一個缺陷還是資金問題。很多工廠、企業對基礎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據，技術的效果就更直觀，和這些工廠企業溝通起來也更方便了。
記者：這項技術的應用領域和市場前景如何？
張永明：技術應用的領域包括市政和部分工業污水處理，如城市生活污水脫氮除磷、地表水修復，還有精細化工、食品行業等等。市場前景還是非常廣闊的，估計僅僅是提標改造這一項，在全國就是數千億的市場。
以無錫為例，太湖周邊地區要求不惜成本達到對接地表水的標準，因為水中氨氮、總氮含量太高會污染環境，2007年無錫就有過一次藻類爆發。在這種情況下我們就需要對氮含量進行控制，我們的技術就可以應用在這里。
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：風投或是有實力的企業都行，我們可以合作開發，能進行產學研合作更好，可以與合作企業共建聯合體或研發中心并冠企業名。我個人從事教學近30年，還是希望能夠把研究的東西應用于實際生產，創造社會價值，同時能反哺教育，培養更多人才。
記者：您對合作企業有什么期望呢？
張永明：我比較希望有關企業對水處理尤其是深度脫氮的理論和技術有些基本的理解和認識。目前很多企業或風投機構在溝通的時候急于了解投入產出比，但從我們的角度，又不能那么簡單，我必須要講這個技術為什么是這樣的，我們的技術能節約碳源，必須從幾個角度將理論說清楚，然后再講到其他方面。如果這個企業負責技術的人員具備一些專業基礎知識，就比較容易接受(這樣的表達方式)。相當于我要跟一個人建立聯系，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：您對技術轉移這個行業，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轉移，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，在學校里就得上課搞科研，沒想著去辦公司，當然如果有一個風投或者其他(企業合作)也是歡迎的，只要對國家有利，對培養人才有利都可以。
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，經驗也不足，了解也不深入。經營市場、經營企業與人的性格相關。可能我的性格限制了我在這方面的發展，但是我還是愿意參與到其中的。學校里也有負責技術轉移的老師，但是老師不可能照顧到每一個團隊，受限于專業，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轉移這個事情的。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講得通俗一點，走到外面“這個當初是我發明的”、“這個是我創造的”，那種心情多好，對吧？
記者：我們接觸到很多高校，有些高校是專業比較強的，他們在行業里面名聲也比較響，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之前的優勢，這種情況下您有遇到嗎？
張永明：我們的情況又有所不同，我們是師范學校里的工科專業，而從我們學校總體來講，工科的名氣不如文科那么響，從學校名稱和專業的角度來講，很多人會疑惑，說師范院校怎么會有環境專業呢？其實我們專業還是不錯的。衡量一個專業在學校里的地位，就看這個專業有沒有博士點，我們上海師范大學是有環境科學與工程一級學科博士點，同時還有環境科學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，是希望我們的技術在社會上有更多的應用，希望我們能走出這堅實的一步。
技術專欄
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%，重污染天數下降79%。盡管秋冬季攻堅取得積極成效，但長三角地區秋冬季pm2.5平均濃度仍比其他季節高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向好、企業加快復工復產，許多受疫情影響抑制的產能和產量短時間內集中快速增長，秋冬季污染物排放量可能出現反彈，大氣環境質量持續改善壓力增大，部分地區完成“十三五”空氣質量改善目標存在風險。
2020-2021年秋冬季是長三角地區第3個攻堅季，事關全面建成小康社會，事關“十三五”規劃和打贏藍天保衛戰圓滿收官。確保如期完成打贏藍天保衛戰既定目標任務，10月10日生態環境部發布《長三角地區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）》。方案要求持續推進揮發性有機物（vocs）治理攻堅。
voc與pm2.5
揮發性有機化合物（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，以氣態分子的形態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，還是影響我國區域大氣復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產生的臭氧，臭氧就是光化學煙霧的主要標志之一。
voc治理技術及設備
01.沸石轉輪
通過轉輪的旋轉，可在轉輪上同時完成氣體的脫附和轉輪的再生過程。進入濃縮轉輪的有機廢氣在常溫下被轉輪吸附區吸附凈化后直接排放至大氣，接著因轉輪的轉動而進入脫附區，吸附了有機物質的轉輪在此區內脫附，吸附在轉輪上的有機物被分離、脫附、進入后續處理系統，如此循環工作。
技術特點：
- 高吸、脫附效率，使原本高風量、低濃度的vocs廢氣，轉換成低風量、高濃度的廢氣,降低后端終處理設備的成本；
- 沸石轉輪吸附vocs所產生的壓降極低，可大大減少電力能耗；
- 濃縮倍數達到5-20倍,大大縮小后處理設備的規格，運行成本更低；
- 整體系統采預組及模塊化設計，具備了最小的空間需求，且提供了持續性及無人化的操控模式；
- 經過轉輪濃縮后的廢氣，可達到國家排放標準。
適用范圍：
用于有機廢氣的治理；特別適合于大風量，低濃度場合，包括：印刷、大型噴涂車間、家具、芯片、液晶led工業等生產場所。
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、催化和環境領域得到廣泛應用，更適合于大風量、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 | 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 | 具有骨架結構的結晶態硅鋁酸鹽 |
| 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，在此基礎上涂覆粘結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、高穩定性催化劑。成產過程通過可控涂層技術，精準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定性、長壽命、高性價比等優勢，適用于co及rco催化燃燒裝置。
2021世環會將于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、智慧環保、環境監測、資源再生、土壤、噪聲8大環境污染治理領域，匯聚超1,600家環境企業，展示面積達15萬平米規模，已成為全球超大規模的世界環保博覽會平臺，旨在為環保行業買賣雙方提供切實高效的合作商機。
如果您對以上技術感興趣，歡迎您來世環會【國際環保展】展會現場參觀考察，或者您有好的環保技術可與我們聯系，我們非常高興能為企業建立一個技術平臺來推廣技術，同時為企業解決技術需求問題提供一些幫助！
商務合作
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