從廢水中收集寶物

吳苡婷

大飛機(jī)制造需要大量的鋁合金材料，這些材料與我們?nèi)粘＝佑|的鋁合金有很大差別。飛機(jī)需要在藍(lán)天上長時(shí)間飛行，所以對材料性能要求更高，要耐磨更要耐腐蝕。因此，在飛機(jī)用鋁合金材料中，要加入各種金屬元素，促其“強(qiáng)身健體”。

但是，這樣的制造過程會產(chǎn)生大量的廢水，而處理這些廢水需要投入大量的人力物力。上海理工大學(xué)陳維芳副教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合自身專業(yè)，幫助飛機(jī)材料供應(yīng)商化解難題，還變廢為寶，大大減少了企業(yè)的原材料成本。陳維芳是如何破解難題的？帶著這個(gè)問題，《大飛機(jī)》雜志特約記者對上海理工大學(xué)副教授陳維芳進(jìn)行了專訪。

活性炭改性技術(shù)

“2020年，上海理工大學(xué)和中國商飛簽署了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。在會議上，中國商飛提出了一些亟待解決的技術(shù)難題，我們各個(gè)學(xué)院的老師根據(jù)自己的技術(shù)能力，來決定是否可以為相關(guān)項(xiàng)目提供解決方案！”爽朗的陳維芳告訴記者，當(dāng)時(shí)參會的時(shí)候，學(xué)校化學(xué)領(lǐng)域、光電領(lǐng)域的大牌教授都參加了，自己只是去看看，沒有想到這個(gè)難題正好和自己的技術(shù)能力相契合。

在鋁合金生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量廢水中，鉻的濃度是普通廢水的幾千倍，屬于工業(yè)上的高危廢水，有很強(qiáng)的致癌性，過去企業(yè)會請來專業(yè)公司進(jìn)行處理，每年需要耗費(fèi)大量的資金。這對于飛機(jī)制造商及其材料供應(yīng)商來說，是一筆不小的開支。

陳維芳告訴記者，處理這個(gè)問題，最大的難題在于每天高危廢水產(chǎn)生的量是不固定的。這對于研究者來說，是很頭痛的問題，針對定量的排放可以更加方便地給出應(yīng)對策略。

在不少專家一籌莫展的時(shí)候，陳維芳果斷地接下了這個(gè)任務(wù)。

48歲的陳維芳在污水處理領(lǐng)域是一位技術(shù)能力出眾的專家，她的本科和碩士階段的學(xué)習(xí)生涯都在清華大學(xué)環(huán)境工程系度過，在清華大學(xué)留校任教兩年后又奔赴美國賓夕法尼亞州立大學(xué)土木與環(huán)境工程系攻讀博士學(xué)位，在那里完成博士后工作后，她加入美國Norit公司擔(dān)任研發(fā)工程師，主要工作是開發(fā)活性炭以去除發(fā)電廠尾氣中的汞。

陳維芳敏銳地意識到，自己掌握的活性炭改性技術(shù)可以解決難題。

活性炭技術(shù)是環(huán)境治理中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它的神奇之處在于不管廢水中存在何種金屬，科學(xué)家都可以通過活性炭改性，促其快速吸附到被處理過活性炭上，從而可以大大降低水中的金屬含量。醫(yī)學(xué)上還出現(xiàn)了可服用的活性炭，有快速去毒的作用。

變廢為寶降成本

陳維芳團(tuán)隊(duì)結(jié)合活性炭改性技術(shù)，專門為中國商飛設(shè)計(jì)了一套萃取加還原和沉淀的技術(shù)方案。

“這種方法特別簡單有效！只要在廢水池里放上簡單的裝置，里面的‘鉻離子就會源源不斷‘聚攏過來，水中的鉻濃度就會慢慢下降，最后達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。”陳維芳說。

光解決水中的問題還不夠，陳維芳考慮得更遠(yuǎn)。鉻金屬的價(jià)格并不便宜，這么多的鉻離子遺落在水中，如果可以將其回收再利用，就可以大大節(jié)約采購原材料的成本。

最前沿的活性炭吸附技術(shù)讓這一設(shè)想有了可能。“這些鉻離子被吸附到活性炭上后，可以很容易地和活性炭加以分離，通過簡單的回收過程，大量的金屬鉻就可以被送到生產(chǎn)第一線，再一次被應(yīng)用到飛機(jī)用鋁合金的生產(chǎn)中去。”陳維芳介紹說。

在研發(fā)過程中，最讓陳維芳頭痛的是濃度測試方法，實(shí)驗(yàn)室里高精尖的儀器可以容易地在廢水中檢測到最微量的金屬元素，但在實(shí)踐中，傳統(tǒng)的最基礎(chǔ)的檢驗(yàn)方法更有效。“這也教育我們，不是每個(gè)廢水處理的濃度監(jiān)測都需要先進(jìn)儀器幫忙，解決實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的問題，有時(shí)候還要求助于傳統(tǒng)方法。”陳維芳說。

除了解決廢水排放，陳維芳團(tuán)隊(duì)還解決了中國商飛廢氣排放的難題。在中國商飛上千平方米的噴漆車間里，每天會產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)物，會對企業(yè)員工的身體造成危害，必須第一時(shí)間將它們處理掉。中國商飛曾經(jīng)邀請一些專業(yè)公司使用活性炭進(jìn)行處理，遺憾的是雖然濃度達(dá)標(biāo)，但是排放速度始終不達(dá)標(biāo)。上海理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室沒有儀器可以測量這樣的排放速度，陳維芳團(tuán)隊(duì)專門建立了相關(guān)模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，最終通過吸附劑改性的方法，大大提升了吸附速度，又一次成功破解難題。

“被強(qiáng)烈需要的感覺”

這次成功破解難題的經(jīng)歷也給了陳維芳自信。在回國之初，她一直把科研精力放在了基礎(chǔ)研究方面，承擔(dān)了大量國家縱向課題。“雖然在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有了很多突破，但是我們從未意識到這些成果可以被應(yīng)用，而現(xiàn)在我們有了被強(qiáng)烈需要的感覺！”談起這次經(jīng)歷，陳維芳有些激動(dòng)。

現(xiàn)在陳維芳的科研團(tuán)隊(duì)也開始根據(jù)國家和社會的戰(zhàn)略需求，開始調(diào)整自己的研究方向，陳維芳的眼光還投向了河道底泥的處理，以及廢棄的印刷電路板材料的資源化應(yīng)用等方面。團(tuán)隊(duì)成員呂娟博士畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，正在聚焦芯片生產(chǎn)全流程的清潔安全，全力攻克微電子行業(yè)的污水排放問題。許智華博士也在水污染控制技術(shù)和固體廢物處理處置與資源化利用的研究領(lǐng)域發(fā)力。

陳維芳告訴記者，中國商飛的難題解決只是一個(gè)起點(diǎn)，未來她的科研團(tuán)隊(duì)將努力把實(shí)驗(yàn)室的科研成果應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中去，不僅為中國商飛，也為更多領(lǐng)域的各大企業(yè)解決廢水廢氣處理的難題。