李來風團隊在超導磁體裝配現場。
佔地僅200平方米，日處理汙水5000噸，水質達到國家一級A類標準。在浙江省桐廬縣下洋洲排澇站，渾濁的汙水流經“神秘”藍色集裝箱後變得十分清澈，令其發生改變的就是超導技術。
“與傳統汙水處理技術相比，超導技術處理汙水佔地更少、效率更高、速度更快、費用更低、產生的二次汙染物更少。”中國科學院理化技術研究所（以下簡稱理化所）研究員、低溫材料及應用超導研究中心主任李來風告訴《中國科學報》，而藍色集裝箱正是他們所研製的一體化超導汙水處理設備。
逐步實現應用
醫用核磁共振成像儀是超導技術應用的典型。“超導的優勢是其零電阻，可以產生很強的磁場。”李來風說。
他解釋道：“傳統磁體分為普通電磁體和永磁體，普通電磁體的磁場強度若要達到幾個T（特斯拉）是很難的，因為導線電阻發熱。目前，永磁體最大的磁場強度在1T左右，還是在兩塊磁體離得比較近的前提下。而超導磁體可以很容易獲得3T甚至更高的磁場，磁場空間範圍大，耗電量小，幾乎不發熱。”
早在20世紀70年代，國內外就開始探索超導磁分離汙水處理技術。由於磁體需要在零下269℃的低溫下才能實現超導，而當時的技術手段主要是液氦冷卻，裝置龐大，系統運行可靠性很低，難以實現工業應用。
隨著小型製冷技術的突破和材料科學發展的進步，近十幾年，超導磁分離技術在水處理領域的應用逐漸成為可能。李來風說：“該技術也被認為是繼超導磁體在‘醫用核磁共振成像譜儀、礦物磁性雜質分離’後，又一項實現超導工業應用的技術。”
在李來風看來，超導技術處理汙水的過程，好比“滷水點豆腐”。
首先，針對汙水、廢水中的不同汙染物類型，科研人員在水中預先加入帶有不同官能團的磁種顆粒，通過靜電吸附、氫鍵、離子交換作用、範德瓦爾斯力、配位作用、共沉澱等機制，將水中無磁性的汙染物與磁種結合，使汙染物聚集並帶有磁性。
其次，當汙水流經超導磁體腔體內聚磁介質產生的大範圍高梯度可控磁場，利用磁力對汙染物進行深度捕捉去除，從而實現水體淨化的效果。另外，汙水處理所使用的磁種顆粒材料還可以回收循環使用。
打開一扇新窗
中國工程院院士王浩在該項目鑑定會上指出：“該技術實現了從‘0’到‘1’的突破，為水汙染處理行業，特別是‘疑難雜症’的水汙染處理打開了一扇新的窗戶。”
目前，我國汙水治理常用的傳統技術如絮凝沉澱法、生化法和氣浮法以及永磁鐵製備的磁鼓分離法等。這些方法存在佔地面積大、處理效率低、二次汙染等問題，成為汙水處理一直以來難以突破的“天花板”。
李來風團隊研發的一體化超導汙水處理技術可謂捅破“天花板”。“只需微絮凝即可實現分離目的，不僅減少30%～50%的絮凝劑使用量，還降低二次汙染，減少汙泥的產生，節省汙水處理成本。”
2006年以來，在國家“863”項目等的支持下，李來風團隊開始探索超導處理汙水技術，研究的初衷很簡單：“水汙染不僅對環境有很深的危害，也影響著我們的子孫後代。我們當初沒想過要靠這個技術賺錢，只是單純地希望讓企業用上，治理好水汙染問題。”
直冷式大口徑超導磁體的均勻快速降溫，高梯度磁場的設計和優化，自動化連續分離系統的開發，水處理運行參數優化……團隊啃下一個又一個“硬骨頭”。為了得到寶貴的設備數據，李來風團隊在理化所廊坊園區搭建了簡易的中試試驗棚，一年四季、不分晝夜地運行並優化設備。
2017年，理化所聯合杭州富士達科技股份有限公司，入股成立了杭州中科凱凌科技有限公司（以下簡稱中科凱凌），超導磁分離汙水處理技術正式走向產業化。
桐廬生活汙水治理項目、東莞石馬河流域治理項目、宣鋼焦化廢水提標改造項目，山西太原晉源區流域治理項目……短短3年時間，一體化超導水處理設備便“開花結果”。
“轉化”和“重合”
利用超導技術進行汙水處理在國內並不多見。李來風告訴記者：“超導磁分離汙水處理技術涉及多個學科領域，既要對磁種材料瞭解，又要對超導技術/低溫技術和汙水處理行業瞭解。”
李來風認為，超導技術“聯姻”汙水處理，徹底的融合至關重要。“不僅要將超導技術融入到水處理行業中，在滿足各類汙水處理需求的同時，還要具備與本行業各種汙水處理技術相互配合和促進的能力。”
在產業化初期，李來風要求團隊拋開已有成績，以“空杯心態”潛心深入研究，對50多種水質水樣進行了超導磁分離處理試驗，摸索處理參數並驗證處理效果。為尋求各類汙水更優的解決方案，李來風團隊還把超導水處理技術與生化法、膜法、臭氧氧化法等水處理技術進行對比試驗和配合試驗。
李來風坦言，科技成果產業化的關鍵，要以“用”為出發點和落腳點，克服一般科技型公司重科研、輕產品、輕經營的弱點，直面市場需求，避免技術創新的盲目性，從而大幅縮減產品研發到商品化、市場化的週期，有效降低技術創新風險和成本，提升技術創新效率。
如何身兼科研和經營的雙重角色？李來風研發團隊成員、中科凱凌總經理蔡方碩認為，要注重兩者的“轉化”和“重合”。
“在核心技術攻關和公司創立初期，研發是工作重心，管理是研發的有效保障；在市場開拓和推廣階段，經營是工作重心，研發是核心競爭力。”實際上，這種“轉化”不僅對蔡方碩提出了要求，也對整個技術團隊提出了考驗，兩年的理念融合為產品快速打入市場奠定了基礎。
在蔡方碩看來，研發和經營在科技成果產業化中是“重合”、密不可分的兩部分，“除了在企業文化塑造上要強調兩者的重要作用，還要看重兩種人才的融合，技術人員要考慮市場需求，經營人員要提高技術和知識水平”。
隨著國家對水處理領域各項規定及政策的頒佈，超導磁分離汙水處理技術迎來非常好的發展時機，目前已進入業績增長期。李來風表示：“未來，我們將以‘直銷+代理+租賃’的多樣化方式，實現產品的快速推廣，並加強與具有相關經驗的企業合作，爭取在達產5年後在國內佔據一定的市場份額。”（田瑞穎）
來源：《中國科學報》
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