李来风团队在超导磁体装配现场。
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。
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
中国工程院院士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”。“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”。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，一年四季、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。”（田瑞颖）
来源：《中国科学报》
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