范國(guó)軒

劉晨明，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所研究員，碩士生導(dǎo)師，注冊(cè)環(huán)保工程師，國(guó)家環(huán)境保護(hù)專業(yè)技術(shù)青年拔尖人才。主要從事污水處理、高濃度氨氮廢水廢氣資源化和納米碳材料的研究。研究成果包括碳材料改性和應(yīng)用、工業(yè)廢棄物循環(huán)利用技術(shù)、廢水資源化和無(wú)害化技術(shù)與工程設(shè)計(jì)等。

在carbDn、Journa1 of MaterialsChemistry A、Chemosphere等國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀期刊和國(guó)際國(guó)內(nèi)會(huì)議發(fā)表論文55篇，申請(qǐng)發(fā)明專利20余項(xiàng)，參與譯著1本。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排名第6）、環(huán)保部環(huán)?？萍吉?jiǎng)一等獎(jiǎng)2次（分別排名第2、第5）、國(guó)家環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)示范工程2項(xiàng)（分別排名第1、第4）。先后承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、“863”、水專項(xiàng)和企業(yè)委托研發(fā)等多項(xiàng)科研項(xiàng)目，主持或參加資源回收與環(huán)保示范工程設(shè)計(jì)近40項(xiàng)。

水資源是人類生產(chǎn)生活不可或缺的資源，然而，隨著城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人類缺乏周密的統(tǒng)籌規(guī)劃，急功近利、盲目發(fā)展，忽視了對(duì)水資源的保護(hù)，使得水污染狀況愈演愈烈。工業(yè)企業(yè)作為水體污染的重要污染源，具有污染物濃度高、毒性強(qiáng)、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，導(dǎo)致其處理難度大、成本高。

在“水專項(xiàng)”的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，大量實(shí)地考察和數(shù)據(jù)調(diào)研證明，經(jīng)濟(jì)可行的水污染處理設(shè)備和技術(shù)對(duì)于企業(yè)的發(fā)展刻不容緩。而事實(shí)的確如此，很多水污染處理技術(shù)由于成本過(guò)高，企業(yè)自嘲：“不上環(huán)保等死，上了環(huán)保找死?！?/p>

在了解到企業(yè)并不是沒(méi)有環(huán)保意識(shí)，而是環(huán)保成本難以承受的情況下，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所研究員劉晨明更加堅(jiān)定了攻破工業(yè)廢水領(lǐng)域難題的目標(biāo)，八年來(lái)，他一直從事工業(yè)廢水處理，特別是高濃度氨氮廢水廢氣資源化的研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的工作，他說(shuō)：“我希望能夠在這個(gè)領(lǐng)域貢獻(xiàn)一些自己的力量，真正推動(dòng)工業(yè)環(huán)保技術(shù)的進(jìn)步?！?/p>

做科研，需要一股踏實(shí)鉆研的勁兒

對(duì)于劉晨明來(lái)說(shuō)，環(huán)保知識(shí)的最初啟蒙源于北京工業(yè)大學(xué)。早在本科期間，劉晨明就選擇了環(huán)境工程專業(yè)，提及本科生涯，他回憶說(shuō)：“讀大學(xué)的時(shí)候，印象最深的是《環(huán)境監(jiān)測(cè)》課程的學(xué)習(xí)，老師教我們?cè)趺床键c(diǎn)、怎么采樣，我們穿著白大褂，帶著設(shè)備，在馬路上采集空氣樣品，感覺(jué)非常有意思?！币舱窃谀菚r(shí)候，劉晨明真正意識(shí)到了自己所學(xué)的專業(yè)能夠讓他深刻地了解到我們所生活的環(huán)境是怎樣的，到底是什么污染最嚴(yán)重。

憑著本科期間優(yōu)異的學(xué)習(xí)成績(jī)，劉晨明順利被保送到了我國(guó)科學(xué)技術(shù)最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)——中國(guó)科學(xué)院就讀研究生，師從張懿院士、曹宏斌研究員。兩位老師長(zhǎng)期以來(lái)在清潔生產(chǎn)、資源循環(huán)和環(huán)境工程方面的“全過(guò)程污染控制”學(xué)術(shù)思想照亮了劉晨明在工業(yè)廢水的經(jīng)濟(jì)性綜合處理和資源化利用方向的科研道路。

師恩難忘，提及兩位導(dǎo)師，劉晨明感慨地說(shuō)：“我最敬佩的是兩位老師對(duì)科學(xué)研究的執(zhí)著，對(duì)工作的敬業(yè)以及一股踏實(shí)鉆研的勁兒。張懿院士六十多歲還親自去實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，曹宏斌老師的實(shí)驗(yàn)室就在辦公室對(duì)面，一有時(shí)間，他就泡在實(shí)驗(yàn)室里，親自觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。兩位導(dǎo)師雖然在科研方面已經(jīng)取得了較高的成就，但是依舊站在科學(xué)研究的第一線，那股踏實(shí)鉆研的勁兒時(shí)時(shí)刻刻激勵(lì)著我?！?/p>

受到兩位導(dǎo)師的影響，劉晨明在學(xué)術(shù)研究方面也養(yǎng)成了踏實(shí)做事，刻苦鉆研的好習(xí)慣。在有些中試研究或工程試驗(yàn)中，劉晨明和林曉、李玉平、李海波、盛宇星等師兄弟們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)一呆就是幾個(gè)月。有些工程現(xiàn)場(chǎng)的工作和生活環(huán)境很差，有時(shí)候甚至只能喝受到污染的井水。但是，對(duì)于科研的熱情和解決污水處理難題的堅(jiān)定信念促使劉晨明克服著種種困難，始終心甘情愿地堅(jiān)守在工程前線。

提及工程現(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，劉晨明說(shuō)：“我感觸最深的是做什么事都要踏踏實(shí)實(shí)的，一點(diǎn)兒僥幸心理都不能有。沒(méi)有研究清楚就上工程，一定會(huì)出問(wèn)題，科研工作者尤其不能放任，因?yàn)橐粋€(gè)小小的差池都有可能導(dǎo)致巨大的損失?！眲⒊棵饕灿米约旱膶?shí)際行動(dòng)證明了這一點(diǎn)，在工程現(xiàn)場(chǎng)，他大膽猜想，小心求證，仔細(xì)地觀察著每一個(gè)現(xiàn)象，推敲著每一個(gè)細(xì)節(jié)，生怕錯(cuò)過(guò)一點(diǎn)細(xì)枝末節(jié)。

在做污染源解析工作的時(shí)候，企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)工藝過(guò)程中哪塊產(chǎn)生了污染，污染是怎么轉(zhuǎn)移的不清楚，劉晨明和團(tuán)隊(duì)的同事們從生產(chǎn)的物料平衡入手，請(qǐng)教了很多有名的老專家，深入到企業(yè)內(nèi)部，觀察生產(chǎn)過(guò)程，與技術(shù)人員進(jìn)行面對(duì)面的交流，把水、氣、渣的每一個(gè)污染節(jié)點(diǎn)挑出來(lái)，挑出重要污染點(diǎn)，解決了主要矛盾，其他問(wèn)題自然就迎刃而解了。例如在鎢鉬冶煉行業(yè)，污染源解析工作揭示了生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的母液、反應(yīng)和蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生的含氨廢氣是最主要的污染源，從而為后續(xù)的源頭減排工作提供了科學(xué)的依據(jù)。

從末端治理到源頭減排

鎢、鉬是重要的戰(zhàn)略金屬，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防軍工的各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)鎢、鉬儲(chǔ)量排名世界第一，同時(shí)也是世界上最大的鎢、鉬產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)。氨/銨鹽是鎢鉬冶金的重要生產(chǎn)輔料，由于氨具有易揮發(fā)性，能夠通過(guò)加熱方式進(jìn)行分離，不會(huì)引入新的雜質(zhì)，為保證鎢鉬資源提取率，常過(guò)量添加。

過(guò)量添加的氨/銨介質(zhì)導(dǎo)致后續(xù)在結(jié)晶、洗滌、煅燒等工段產(chǎn)生大量氨氮廢水及廢氣。由于鎢鉬冶煉廢水中氨氮濃度高、處理困難、產(chǎn)生量大，造成行業(yè)耗水量、排污量巨大，末端治理的傳統(tǒng)環(huán)保治理方式帶來(lái)的高成本讓企業(yè)入不敷出，難以維持行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

為了解決鎢鉬冶金污染末端治理的難題，通過(guò)清潔生產(chǎn)工藝優(yōu)化、資源循環(huán)設(shè)備研制實(shí)現(xiàn)源頭減排，讓中國(guó)粗放型的工業(yè)在技術(shù)上有所提升，實(shí)現(xiàn)真正意義上的轉(zhuǎn)型，劉晨明所在的科研團(tuán)隊(duì)積極承擔(dān)了鎢鉬冶金氨污染全過(guò)程控制技術(shù)及應(yīng)用示范項(xiàng)目。

在此項(xiàng)目中，劉晨明主要負(fù)責(zé)技術(shù)路線和方案的制定，在“強(qiáng)化熱分解氨一金屬化合物/絡(luò)合物一汽提精餾脫氨”核心技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，他進(jìn)一步對(duì)汽提精餾脫氨塔進(jìn)行了塔內(nèi)件材質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究和阻垢劑研究，有效解決了鎢鉬冶煉等冶金行業(yè)氨氮廢水處理過(guò)程中設(shè)備內(nèi)壁及內(nèi)件易腐蝕、易結(jié)垢堵塞的問(wèn)題，延長(zhǎng)了設(shè)備連續(xù)運(yùn)行時(shí)間2～10倍。

隨著項(xiàng)目的順利開(kāi)展，劉晨明所在科研團(tuán)隊(duì)完成了鎢鉬冶煉氨污染全過(guò)程控制清潔新工藝和配套技術(shù)：針對(duì)APT萃取法生產(chǎn)線，研發(fā)出了含氨母液深度脫氨一鎢轉(zhuǎn)化回收一氨循環(huán)關(guān)鍵技術(shù)、含氨廢氣/汽深度處理一氨循環(huán)一廢氣吸收水循環(huán)利用關(guān)鍵技術(shù)：針對(duì)APT離子交換法生產(chǎn)工藝，開(kāi)發(fā)了出低濃度氨氮廢水電滲析濃縮一水回用技術(shù)、含氨廢水一廢氣/汽耦合處理技術(shù)：針對(duì)鉬酸銨生產(chǎn)過(guò)程，開(kāi)發(fā)了出酸性氨氮廢水吸收廢氣/汽一緩釋阻垢一汽提精餾耦合處理技術(shù)。

此項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)通過(guò)了中國(guó)環(huán)境學(xué)會(huì)組織的科技成果鑒定，實(shí)現(xiàn)了污水處理從末端處理到源頭減排的跨越，并且被贊譽(yù)“技術(shù)整體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平”。而事實(shí)的確如此，一些實(shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)證明了一切，通過(guò)不懈努力，劉晨明所在的科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了廢水、廢氣中氨氮脫除率及氨回收率高于99%，處理出水中氨氮濃度≤8mg/L，回收得到的氨水濃度高于16%，氨水中雜質(zhì)含量?jī)?yōu)于高純級(jí)氨水標(biāo)準(zhǔn)，Na、K均<1mg/L。且進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)由廢水回收氨水過(guò)程低壓飽和蒸汽消耗量小于100k g/噸廢水，最低可小于80kg/噸廢水，降低了處理成本10%以上。依靠環(huán)保技術(shù)的升級(jí)，企業(yè)通過(guò)回收資源大幅度降低了污染處理的綜合成本，同時(shí)由于使用了回收的高純度氨水，使一些企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著的提高，從而提高了企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

“基礎(chǔ)研究和示范應(yīng)用同等重要”

“基礎(chǔ)研究和示范應(yīng)用同等重要”，這是劉晨明從事科研領(lǐng)域以來(lái)一直堅(jiān)信的一點(diǎn)，他說(shuō)：“不管是基礎(chǔ)科研還是示范應(yīng)用，它們都有自己獨(dú)特的魅力使我追索至今而不放棄?！?/p>

“基礎(chǔ)研究從科研到產(chǎn)出，是一個(gè)很長(zhǎng)的周期，需要你坐得住冷板凳，耐得住寂寞，守得住清貧。基礎(chǔ)研究是研發(fā)應(yīng)用的根基，好的研究一定是有用的，就像愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，不管是原子彈還是核電站，都能夠應(yīng)用得上?；A(chǔ)研究的內(nèi)容看似離我們的生活比較遠(yuǎn)，但是很快就可能應(yīng)用到實(shí)際生活當(dāng)中了，比如說(shuō)量子的瞬間移動(dòng)，看起來(lái)科幻，實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻指日可待?！眲⒊棵髡f(shuō)。

然而，基礎(chǔ)科研的最終目的始終是面向研發(fā)應(yīng)用的。因此，劉晨明認(rèn)為科研轉(zhuǎn)化也一樣重要。到目前為止，他所在的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的很多項(xiàng)目都已經(jīng)運(yùn)用到了企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。其中，鎢鉬冶金氨污染全過(guò)程控制技術(shù)及應(yīng)用示范項(xiàng)目已累計(jì)申請(qǐng)專利36項(xiàng)，在亞洲最大鉬企業(yè)一金堆城鉬業(yè)建成了鉬行業(yè)首套含氨廢水、廢氣資源化示范工程，并獲“2015年國(guó)家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)示范工程”：在國(guó)內(nèi)最具有影響力的鎢企業(yè)之一江鎢集團(tuán)建成了鎢行業(yè)首套含氨廢水、廢氣資源化綜合治理工程。這套技術(shù)通過(guò)了環(huán)保部組織的嚴(yán)格的專家評(píng)審，獲得了2016年度環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

除此之外，項(xiàng)目還在鎢鉬及相關(guān)行業(yè)共建設(shè)示范工程13套，通過(guò)解決傳統(tǒng)冶金工藝中氨氮污染瓶頸問(wèn)題，提升了行業(yè)的水、氨、鎢鉬的資源利用率，為示范企業(yè)處理廢水120萬(wàn)噸/年，減排氨氮1.5萬(wàn)噸/年，回收高純氨水12萬(wàn)噸/年，新增回收鎢鉬等金屬資源230萬(wàn)元/年，節(jié)水50萬(wàn)噸/年，新增產(chǎn)值2.5億元/年。

提及科研工作當(dāng)中的難題，劉晨明深有感觸地說(shuō)：“最初的時(shí)候，技術(shù)推廣是一個(gè)瓶頸，我們的科研項(xiàng)目，包括獲獎(jiǎng)技術(shù)，在拿出去推廣的時(shí)候，很多企業(yè)的第一反應(yīng)是懷疑。”深究其中的原因，劉晨明解釋說(shuō)：“企業(yè)甄別污水處理技術(shù)的水平有限，往往被國(guó)內(nèi)一些沒(méi)有核心技術(shù)的小環(huán)保公司低成本、高效率的表象承諾所迷惑，最后得不償失，在環(huán)保的道路上走了彎路?！?/p>

談到這里的時(shí)候，劉晨明也對(duì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)進(jìn)行了反思，他認(rèn)為，目前我們國(guó)家的環(huán)保市場(chǎng)不夠規(guī)范，環(huán)保公司有沒(méi)有核心技術(shù)都可以對(duì)外運(yùn)作，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，什么都敢跟用戶承諾，“能耗低”“價(jià)格便宜”“免費(fèi)試用、不達(dá)標(biāo)就將設(shè)備拆走”，受資本運(yùn)作的影響，用戶很難拒絕。而對(duì)于項(xiàng)目工程來(lái)說(shuō)，快的話三五個(gè)月，慢的話一兩年，如果環(huán)保工程實(shí)施后仍然不能達(dá)標(biāo)，將繼續(xù)整改，這也會(huì)耗費(fèi)更多的時(shí)間，也會(huì)影響工業(yè)企業(yè)的正常生產(chǎn)，最終得不償失。

在這個(gè)過(guò)程中，一些不規(guī)范的環(huán)保公司擁有足夠的時(shí)間，通過(guò)各種商務(wù)手段達(dá)成交易。這種現(xiàn)象對(duì)于環(huán)保行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展非常不利，對(duì)于整個(gè)行業(yè)的轉(zhuǎn)型是一種阻礙。劉晨明說(shuō)：“不管是從技術(shù)、資金，還是從政策層面來(lái)看，國(guó)家、行業(yè)協(xié)會(huì)、環(huán)保團(tuán)體等對(duì)真正好的技術(shù)做一些推廣和扶持是非常重要的?！?/p>

雖然在技術(shù)推廣方面有一道坎兒，但劉晨明從來(lái)沒(méi)有氣餒過(guò)，一種科研工作者的責(zé)任感驅(qū)使著他潛心研究技術(shù)，用實(shí)力逐漸獲得企業(yè)的信任。通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，劉晨明所在團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目已經(jīng)在越來(lái)越多的企業(yè)里應(yīng)用推廣。