环保新质生产力|基于新型碳基材料的污/废水净化和资源回收关键技术与应用

生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。

环境技术进步奖

项目名称：基于新型碳基材料的污/废水净化和资源回收关键技术与应用

项目编号：HJJS-2023-1-05

获奖等级：一等奖

完成单位：清华大学、中国科学院大连化学物理研究所、华东理工大学、东华大学、杭州回水科技股份有限公司、郑州污水净化有限公司

完成人：安晓强、刘会娟、兰华春、孙承林、吕文杰、苗时雨、卫皇曌、顾彬、陈泉源、王万寿、侯春晓、杨娟英、张艳、谭云飞

项目简介

我国水资源消耗量巨大但循环利用率较低，开发水中难降解有机物的深度去除以及水资源高效回用技术极为迫切，碳基材料吸附为低成本净化水质提供了理想方案。本项目针对传统碳基材料应用中存在的净水效率低、低耗且绿色的原位再生技术匮乏以及水中有价物质回收和水资源利用不足的难点问题，由清华大学牵头，与华东理工大学、中科院大化所、杭州回水科技有限公司等单位联合形成产学研团队，开展了从基础研究、中试验证到工程应用的全过程创新。主要创新成果如下：

1. 首次建立了核磁共振解析碳基材料表面多污染物竞争吸附机制的新方法，提出微纳位点限域与分级孔强化吸附的新原理，开发出孔道与位点协同调控的新型分级孔碳基材料，首创出基于浓度梯级和逆流原理的污/废水吸附净化装备，构建了颗粒活性焦多级流动吸附净水技术，较常规活性炭吸附处理污染物成本降低60%以上。

2. 发明了基于隔氧外热原理的活性焦/炭原位再生方法，研发出集“自控输运——高温再生——回转冷却——筛选利用”一体的工程化装备，建立了隔氧外热回转炉原位再生及超低尾气排放技术，解决了吸附剂规模化再生中物料输运、氧化耗损、孔道钝化、废气污染等一系列工程化难题，活性焦吸附性能恢复率高达90%—110%，损失率≤5%，实现了活性焦净水/原位再生工艺成本较传统吸附工艺降低80%以上。

3. 建立了碳基材料表面物质转化与分离实现污/废水资源化的新路径，开发出催化湿式氧化协同多孔炭回收废水中“可利用碳源”的新方法，实现高盐条件下小分子酸95%以上的富集，构建出纤维异质结破乳与碳基颗粒沸腾床微通道分离相协同的煤制烯烃废水物理法处理新装备，高精度分离回收粒径100nm以上的分子筛催化剂，芳烃与烷烃分离效率>95%，实现了石油炼制废水近零排放与源头资源化。

获授权发明专利23项、实用新型专利23项，发表SCI论文51篇，形成软件著作权5项；技术成果在45项水处理工程中得到应用，总处理水量达300万吨/天，累计处理废水超7.5亿吨，减排COD超2万吨，获优质回用水4.5亿m3，开创了多项低成本实现污废水处理后出水水质从一级A向地表III类标准提升的先例；原位再生技术节约燃煤11.3万吨，减少二氧化碳排放量4.5万吨；相关技术经专家组认定为国际先进水平，近三年为相关企业新增销售额超过5.09亿元、新增利润超过1.52亿元，具有重要的环境、社会和经济效益。

获奖感言

污废水深度净化对于实现出水高标准排放及生态回用具有重要意义，深度净化工艺的研发应具有低成本、绿色化的特征，在追求对污染物高效去除的基础上，尽量选择能耗成本低、原材料可再生、二次污染小的方法。同时，随着双碳目标的提出，对污废水中可利用的资源能源实现回收成为水处理技术工艺重要的发展方向。本项目通过产学研联合，开发出了分级孔碳基材料吸附净水的深度处理工艺，并通过物理分离与化学转化相结合的方式，对水中可利用的小分子碳源、颗粒催化剂等进行了分离回收。进一步加强多学科交叉，通过多分子间作用的精准调控实现水中更多有价资源的高效回收，为推动污废水净化与资源化技术发展贡献本团队力量，是我们未来研究的着力点。

原标题：环保新质生产力|基于新型碳基材料的污/废水净化和资源回收关键技术与应用