人物

从废水中收集宝物​——专访上海理工大学陈维芳副教授

2021-03-20 14:06 来源:《大飞机》杂志

   

  陈维芳 

  上海理工大学教授 

 

  上海浦江人才、美国化工学会会员、上海市环境保护产业协会土壤与水体污染修复专业委员会咨询专家。2005年博士毕业于美国宾州州立大学土木与环境工程系,主要从事水和废水处理、固体废弃物资源化等方面研究。 

 

  大飞机制造需要大量的铝合金材料,这些材料与我们日常接触的铝合金有很大差别。飞机需要在蓝天上长时间飞行,所以对材料性能要求更高,要耐磨更要耐腐蚀。因此,在飞机用铝合金材料中,要加入各种金属元素,促其“强身健体”。 

  但是,这样的制造过程会产生大量的废水,而处理这些废水需要投入大量的人力物力。上海理工大学陈维芳副教授团队结合自身专业,帮助飞机材料供应商化解难题,还变废为宝,大大减少了企业的原材料成本。陈维芳是如何破解难题的?带着这个问题,《大飞机》杂志特约记者对上海理工大学副教授陈维芳进行了专访。 

                                                      

  活性炭改性技术 

  2020年,上海理工大学和中国商飞签署了战略合作框架协议。在会议上,中国商飞提出了一些亟待解决的技术难题,我们各个学院的老师根据自己的技术能力,来决定是否可以为相关项目提供解决方案!”爽朗的陈维芳告诉记者,当时参会的时候,学校化学领域、光电领域的大牌教授都参加了,自己只是去看看,没有想到这个难题正好和自己的技术能力相契合。 

  在铝合金生产过程产生的大量废水中,铬的浓度是普通废水的几千倍,属于工业上的高危废水,有很强的致癌性,过去企业会请来专业公司进行处理,每年需要耗费大量的资金。这对于飞机制造商及其材料供应商来说,是一笔不小的开支。 

  陈维芳告诉记者,处理这个问题,最大的难题在于每天高危废水产生的量是不固定的。这对于研究者来说,是很头痛的问题,针对定量的排放可以更加方便地给出应对策略。 

  在不少专家一筹莫展的时候,陈维芳果断地接下了这个任务。 

  48岁的陈维芳在污水处理领域是一位技术能力出众的专家,她的本科和硕士阶段的学习生涯都在清华大学环境工程系度过,在清华大学留校任教两年后又奔赴美国宾夕法尼亚州立大学土木与环境工程系攻读博士学位,在那里完成博士后工作后,她加入美国Norit公司担任研发工程师,主要工作是开发活性炭以去除发电厂尾气中的汞。 

  陈维芳敏锐地意识到,自己掌握的活性炭改性技术可以解决难题。 

  活性炭技术是环境治理中的一项关键技术,它的神奇之处在于不管废水中存在何种金属,科学家都可以通过活性炭改性,促其快速吸附到被处理过活性炭上,从而可以大大降低水中的金属含量。医学上还出现了可服用的活性炭,有快速去毒的作用。 

                                              

  变废为宝降成本 

  

 

  陈维芳团队结合活性炭改性技术,专门为中国商飞设计了一套萃取加还原和沉淀的技术方案。 

  “这种方法特别简单有效!只要在废水池里放上简单的装置,里面的‘铬离子’就会源源不断‘聚拢’过来,水中的铬浓度就会慢慢下降,最后达到国家排放标准。”陈维芳说。 

  光解决水中的问题还不够,陈维芳考虑得更远。铬金属的价格并不便宜,这么多的铬离子遗落在水中,如果可以将其回收再利用,就可以大大节约采购原材料的成本。 

  最前沿的活性炭吸附技术让这一设想有了可能。“这些铬离子被吸附到活性炭上后,可以很容易地和活性炭加以分离,通过简单的回收过程,大量的金属铬就可以被送到生产第一线,再一次被应用到飞机用铝合金的生产中去。”陈维芳介绍说。 

  在研发过程中,最让陈维芳头痛的是浓度测试方法,实验室里高精尖的仪器可以容易地在废水中检测到最微量的金属元素,但在实践中,传统的最基础的检验方法更有效。“这也教育我们,不是每个废水处理的浓度监测都需要先进仪器帮忙,解决实际工业生产中的问题,有时候还要求助于传统方法。”陈维芳说。 

  除了解决废水排放,陈维芳团队还解决了中国商飞废气排放的难题。在中国商飞上千平方米的喷漆车间里,每天会产生大量挥发性有机物,会对企业员工的身体造成危害,必须第一时间将它们处理掉。中国商飞曾经邀请一些专业公司使用活性炭进行处理,遗憾的是虽然浓度达标,但是排放速度始终不达标。上海理工大学环境学院的实验室没有仪器可以测量这样的排放速度,陈维芳团队专门建立了相关模型进行模拟实验,最终通过吸附剂改性的方法,大大提升了吸附速度,又一次成功破解难题。 

                                                    

  “被强烈需要的感觉” 

  

 

  这次成功破解难题的经历也给了陈维芳自信。在回国之初,她一直把科研精力放在了基础研究方面,承担了大量国家纵向课题。“虽然在基础研究领域有了很多突破,但是我们从未意识到这些成果可以被应用,而现在我们有了被强烈需要的感觉!”谈起这次经历,陈维芳有些激动。 

  现在陈维芳的科研团队也开始根据国家和社会的战略需求,开始调整自己的研究方向,陈维芳的眼光还投向了河道底泥的处理,以及废弃的印刷电路板材料的资源化应用等方面。团队成员吕娟博士毕业于同济大学环境工程专业,正在聚焦芯片生产全流程的清洁安全,全力攻克微电子行业的污水排放问题。许智华博士也在水污染控制技术和固体废物处理处置与资源化利用的研究领域发力。 

  陈维芳告诉记者,中国商飞的难题解决只是一个起点,未来她的科研团队将努力把实验室的科研成果应用到实际生产中去,不仅为中国商飞,也为更多领域的各大企业解决废水废气处理的难题。 

查看余下全文