“超导”进军污水治理 猛火正当燃

占地仅200平方米，日处理污水5000吨，水质达到国家一级A类标准。在浙江省桐庐县下洋洲排涝站，浑浊的污水流经“神秘”蓝色集装箱后变得十分清澈，令其发生改变的就是超导技术。

“与传统污水处理技术相比，超导技术处理污水占地更少、效率更高、速度更快、费用更低、产生的二次污染物更少。”中国科学院理化技术研究所（以下简称理化所）研究员、低温材料及应用超导研究中心主任李来风告诉《中国科学报》，而蓝色集装箱正是他们所研制的一体化超导污水处理设备。

“该一体化超导污水处理设备实现了超导磁体在污水处理领域的国内首次应用，也是国际上首个工程化应用系统，取得了超导技术在污水处理领域应用零的突破，系统技术达到国际领先水平。” 由中国工程院院士王浩带领的院士专家组对这一成果鉴定道。

逐步实现应用

医用核磁共振成像仪是超导技术应用的典型。“超导的优势是其零电阻，可以产生很强的磁场。”李来风说。

他解释道：“传统磁体分为普通电磁体和永磁体，普通电磁体的磁场强度若要达到几个T（特斯拉）是很难的，因为导线电阻发热。目前，永磁体最大的磁场强度在1T左右，还是在两块磁体离得比较近的前提下。而超导磁体可以很容易获得3T甚至更高的磁场，磁场空间范围大，耗电量小，几乎不发热。”

早在20世纪70年代，国内外就开始探索超导磁分离污水处理技术。由于磁体需要在零下269℃的低温下才能实现超导，而当时的技术手段主要是液氦冷却，装置庞大，系统运行可靠性很低，难以实现工业应用。

随着小型制冷技术的突破和材料科学发展的进步，近十几年，超导磁分离技术在水处理领域的应用逐渐成为可能。李来风说：“该技术也被认为是继超导磁体在‘医用核磁共振成像谱仪、矿物磁性杂质分离’后，又一项实现超导工业应用的技术。”

在李来风看来，超导技术处理污水的过程，好比“卤水点豆腐”。

首先，针对污水、废水中的不同污染物类型，科研人员在水中预先加入带有不同官能团的磁种颗粒，通过静电吸附、氢键、离子交换作用、范德瓦尔斯力、配位作用、共沉淀等机制，将水中无磁性的污染物与磁种结合，使污染物聚集并带有磁性。

其次，当污水流经超导磁体腔体内聚磁介质产生的大范围高梯度可控磁场，利用磁力对污染物进行深度捕捉去除，从而实现水体净化的效果。另外，污水处理所使用的磁种颗粒材料还可以回收循环使用。

打开一扇新窗

王浩在该项目鉴定会上指出：“该技术实现了从‘0’到‘1’的突破，为水污染处理行业，特别是‘疑难杂症’的水污染处理打开了一扇新的窗户。”

目前，我国污水治理常用的传统技术如絮凝沉淀法、生化法和气浮法以及永磁铁制备的磁鼓分离法等。这些方法存在占地面积大、处理效率低、二次污染等问题，成为污水处理一直以来难以突破的“天花板”。

李来风团队研发的一体化超导污水处理技术可谓捅破“天花板”。“一体化超导污水处理设备占地面积少，属车载撬装移动式设计，可移动、无需土建、可应急，磁场强度高且磁空间大，只需微絮凝即可实现分离目的，不仅减少30%～50%的絮凝剂使用量，还降低二次污染，减少污泥的产生，节省污水处理成本。”

2006年以来，在国家“863”项目等的支持下，李来风团队开始探索超导处理污水技术，研究的初衷很简单：“水污染不仅对环境有很深的危害，也影响着我们的子孙后代。我们当初没想过要靠这个技术赚钱，只是单纯地希望让企业用上，治理好水污染问题。”

直冷式大口径超导磁体的均匀快速降温，高梯度磁场的设计和优化，自动化连续分离系统的开发，水处理运行参数优化……团队啃下一个又一个“硬骨头”。功能性磁种材料的研制更是基于团队十几年基础研究的积累，为了得到宝贵的设备数据，李来风团队在理化所廊坊园区搭建了简易的中试试验棚，从高温到严寒、不分昼夜地运行并优化设备。

2017年，理化所联合杭州富士达科技股份有限公司，入股成立了杭州中科凯凌科技有限公司（以下简称中科凯凌），超导磁分离污水处理技术正式走向产业化。

桐庐生活污水治理项目、东莞石马河流域治理项目、宣钢焦化废水提标改造项目，山西太原晋源区流域治理项目……短短3年时间，一体化超导水处理设备便“开花结果”。

“转化”和“重合”

利用超导技术进行污水处理在国内并不多见。李来风告诉记者：“超导磁分离污水处理技术涉及多个学科领域，既要对磁种材料了解，又要对超导技术/低温技术和污水处理行业了解。”

李来风认为，超导技术“联姻”污水处理，彻底的融合至关重要。“不仅要将超导技术融入到水处理行业中，在满足各类污水处理需求的同时，还要具备与本行业各种污水处理技术相互配合和促进的能力。”

在产业化初期，李来风要求团队抛开已有成绩，以“空杯心态”潜心深入研究，对50多种水质水样进行了超导磁分离处理试验，摸索处理参数并验证处理效果。为寻求各类污水更优的解决方案，李来风团队还把超导水处理技术与生化法、膜法、臭氧氧化法等水处理技术进行对比试验和配合试验。

李来风坦言，科技成果产业化的关键，要以“用”为出发点和落脚点，克服一般科技型公司重科研、轻产品、轻经营的弱点，直面市场需求，避免技术创新的盲目性，从而大幅缩减产品研发到商品化、市场化的周期，有效降低技术创新风险和成本，提升技术创新效率。

如何身兼科研和经营的双重角色？李来风研发团队成员、中科凯凌总经理蔡方硕认为，要注重两者的“转化”和“重合”。

“在核心技术攻关和公司创立初期，研发是工作重心，管理是研发的有效保障；在市场开拓和推广阶段，经营是工作重心，研发是核心竞争力。”实际上，这种“转化”不仅对蔡方硕提出了要求，也对整个技术团队提出了考验，两年的理念融合为产品快速打入市场奠定了基础。

在蔡方硕看来，研发和经营在科技成果产业化中是“重合”、密不可分的两部分，“除了在企业文化塑造上要强调两者的重要作用，还要看重两种人才的融合，技术人员要考虑市场需求，经营人员要提高技术和知识水平”。

随着国家对水处理领域各项规定及政策的颁布，超导磁分离污水处理技术迎来非常好的发展时机，目前已进入业绩增长期。李来风表示：“未来，我们将以‘直销+代理+租赁’的多样化方式，实现产品的快速推广，并加强与具有相关经验的企业合作，争取在达产5年后在国内占据一定的市场份额。”