和高污染高能耗過幾招

田媛

張錦泰是東南大學(xué)熱力工程及工程熱物理專業(yè)的碩士研究生。在本科階段，他就參加了全國大學(xué)生節(jié)能減排科技競賽，帶隊研制出的“新型薄膜太陽能汽車輔助空調(diào)系統(tǒng)”在上千作品中嶄露頭角。讀研后，他更一心撲在了“節(jié)能減排”這個領(lǐng)域中，重點研究起如何處理化工廠排放的有機(jī)廢液。張錦泰開玩笑說：“我做科研就像升級打怪一樣，要時不時地和高污染高能耗過個招！”

向車內(nèi)高溫說“NO”

張錦泰本科就讀于武漢理工大學(xué)，五年前他就開始考慮如何用太陽能為車內(nèi)空調(diào)發(fā)電了：“大二的夏天，我在圖書館自習(xí)，偶然抬頭看到一個爸爸要讓他的孩子坐進(jìn)停在太陽底下的小汽車?yán)铮Y(jié)果小朋友嫌車?yán)锾珶?，怎么都不肯進(jìn)去我當(dāng)時就想，是否可以嘗試在小汽車的上方裝上太陽能電池板，貯存起在高溫暴曬下收集到的太陽能，當(dāng)汽車處于停放狀態(tài)時，就可以利用它使空調(diào)運(yùn)行，降低車內(nèi)的溫度，這樣在夏天打開車門時，就不會有那股撲面而來的熱浪了?！?/p>

想到就做，張錦泰立馬投入了相關(guān)的調(diào)研。查閱資料后，他發(fā)現(xiàn)薄膜太陽能電池板具有的屬性最中他的意：“雖然當(dāng)時市面上晶體硅太陽能電池板的應(yīng)用更廣泛，發(fā)展也更成熟，但它卻不能彎曲，而薄膜太陽能電池則更輕薄，甚至可以做到微米級別，最重要的一點是，它可以彎曲，鋪在車頂完全沒問題?！敝v到這里，張錦泰又補(bǔ)充道：“當(dāng)時唯一存在的問題是，我不知道薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率怎么樣，不過這個問題在兩年后被解答了，2015年有實驗室證明了碲化鎘薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到 21.5%，這樣看來，我當(dāng)初的選擇沒錯。”

貯存能量的問題解決了，可如何利用這部分能量使車內(nèi)的空調(diào)運(yùn)行又愁懷了張錦泰：“車內(nèi)的空調(diào)原本是靠燒油運(yùn)轉(zhuǎn)的，加上車內(nèi)的空間本來就很小，傳統(tǒng)的空調(diào)中壓縮機(jī)、制冷劑、冷凝器等結(jié)構(gòu)已經(jīng)占去了很多空間，如果再加入一個靠太陽能使空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，就會使車內(nèi)的系統(tǒng)運(yùn)行變復(fù)雜，工程量也會巨大”這些問題互相制約互相矛盾，令張錦泰一籌莫展。

在用太陽能為車內(nèi)空調(diào)發(fā)電的想法被擱置后的第三個月，全國大學(xué)生節(jié)能減排科技競賽開始了。這時，張錦泰又重新考慮起這個靈感：“我心中有一種執(zhí)念，覺得用太陽能為車內(nèi)空調(diào)發(fā)電這個想法很有價值，所以我也愿意繼續(xù)鉆牛角尖?！痹趧e的同學(xué)都在忙著一系列的競賽前期準(zhǔn)備時，張錦泰已對這個問題越鉆越深，他不停地查資料，翻文獻(xiàn)，請教老師，終于在一位老師的提點下找到了前進(jìn)的方向：“老師建議我嘗試?yán)冒雽?dǎo)體制冷片制作簡易空調(diào)。其實這種半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)我之前考慮過，它不會對大氣和臭氧層有破壞作用，而且還可以組成自動控制系統(tǒng)，這些優(yōu)點很讓我動心，但有資料表明它的制冷效果不盡如人意，所以當(dāng)時就被我排除了?！钡蠋煹慕ㄗh也讓他換了個思路，不再追求車內(nèi)涼爽的感覺，而改為了保證車內(nèi)“不熱”，“換句話說，我原來是想讓空調(diào)為汽車降溫，現(xiàn)在將目標(biāo)變成了減慢車內(nèi)溫度的上升速度?！?/p>

有了明確的思路后，張錦泰確定了名為“新型薄膜太陽能汽車輔助空調(diào)系統(tǒng)”這一選題，帶領(lǐng)著六位小伙伴開始研制他心中的節(jié)能減排空調(diào)。最終的成果也讓張錦泰挺滿意：“這種節(jié)能減排空調(diào)是太陽能發(fā)電技術(shù)和半導(dǎo)體制冷效應(yīng)的結(jié)合體，它不需要制冷劑，也沒有噪聲，還不需要人為的控制，空調(diào)的運(yùn)行依賴于半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)中精確的溫度感應(yīng)。在后期的實驗箱模擬實驗中，我們設(shè)定當(dāng)箱內(nèi)溫度大于 30℃時，半導(dǎo)體制冷裝置開始工作，當(dāng)實驗箱處于30℃～37℃時，箱內(nèi)溫度不會超過32℃，這說明這種節(jié)能減排空調(diào)還是有一定的使用和推廣價值的?！?/p>

在那次競賽中，張錦泰帶領(lǐng)的團(tuán)隊獲得了校級一等獎，全國三等獎的成績。如今再說起當(dāng)時的研究，張錦泰的考慮更為成熟了：“如果太陽能蓄電池能與車用蓄電池相連，就還能為汽車提供電能，減少油耗，這樣還可以進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能減排的目的?！辈贿^相較于對作品的改良，那場競賽帶給張錦泰更大的收獲是，他從此踏上了節(jié)能減排這條路。

挑戰(zhàn)傳統(tǒng)廢水處理方式

保研到東南大學(xué)攻讀碩士研究生后，張錦泰更是一頭扎進(jìn)了節(jié)能減排這個領(lǐng)域，初入實驗室，他就將導(dǎo)師的項目——“關(guān)于化工廠排放的高濃度有機(jī)廢液的處理”接手了過來。廢水污染這個話題對張錦泰來說并不陌生：“我家門口有條小河，小時候光腳站在河里，能看到小魚從腳邊游過去，但自從我讀高中后建了好幾個化工廠，就再也沒看到過魚了。”正因為這樣一段記憶，他對廢水處理這個研究課題斗志滿滿。張錦泰說：“化工廠如造紙廠、紡織廠等都會排放有機(jī)廢液，人們通常將COD（化學(xué)需氧量）濃度大于 2000mg/L的有機(jī)廢液稱為高濃度有機(jī)廢液，其中的COD是一個有機(jī)污染物參數(shù)。高濃度有機(jī)廢液中含有芳香族化合物、雜環(huán)化合物等有機(jī)物，而且還有一些重金屬和無機(jī)鹽成分，如果不加以處理直接排放，廢液會污染土壤和環(huán)境，進(jìn)而危及到人類的身體健康?！?/p>

化工廠的廢水處理技術(shù)如今已相對成熟，可是這些技術(shù)都有各自的缺點：“拿高濃度有機(jī)廢液的常規(guī)處理技術(shù)來說，主要有三種方式：對于可降解的廢液，可以利用生物法處理，也就是利用微生物的降解能力來降解廢液中的大分子有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為無害的穩(wěn)定物質(zhì)，但這種處理方式的時間周期太長，對于難降解的有毒物質(zhì)的處理能力也較差；對于成分較單一的廢液，可以利用物理化學(xué)法處理，但是這種方式成本又比較高，而且適用面也比較狹窄；還有一種方法是化學(xué)法，其中又包括了氧化法和焚燒法，焚燒法的COD去除率可以達(dá)到 99.99%，但這種方式能耗又很大?！?/p>

面對著這些各有所長又各有所短的廢液處理方法，張錦泰苦苦鉆研了好幾個星期，可考慮了很久也沒頭緒，不過他還是拿出了當(dāng)年鉆牛角尖般的科研精神，沒過多久就被一個意外捕捉到的靈感“砸”中了。

“在我家鄉(xiāng)有個液化天然氣廠，一次我經(jīng)過時，看見有運(yùn)輸液態(tài)天然氣的槽車停放，忽然特別好奇液態(tài)和氣態(tài)的天然氣是如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的，我就打開手機(jī)搜索了起來?！币簯B(tài)天然氣吸熱汽化，轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的天然氣，可天然氣又是化石能源，該如何加熱呢？“原來，液化天然氣廠是利用浸沒燃燒技術(shù)來實現(xiàn)液態(tài)天然氣向氣態(tài)轉(zhuǎn)化的。所謂的浸沒燃燒技術(shù)，就是將燃燒室浸沒在水中，燃燒室內(nèi)的空氣與一些燃料預(yù)先充分混合后，一起進(jìn)行完全燃燒。燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔饪杉訜崤c燃燒室一起浸沒在水中的天然氣管道。因為水的溫度很高，當(dāng)天然氣管道內(nèi)的天然氣從水中進(jìn)入再出去時，就完成了液態(tài)天然氣向氣態(tài)的轉(zhuǎn)換?！?/p>

在回家的路上，張錦泰回想著剛才搜索到的浸沒燃燒技術(shù)，忽然他一個激靈反應(yīng)過來，“對浸沒燃燒法稍作改動就可以用來處理化工廠廢液??！”原來，張錦泰這次考慮的不再是如何將廢液中的有機(jī)物和無機(jī)物除去，而是換了個路子，先利用浸沒燃燒法將廢液中的液態(tài)水除去，然后再集中處理含有有機(jī)物和重金屬鹽等無機(jī)物的高濃度濃縮液。

在接下來幾個月制定實驗方案，模擬操作實驗過后，張錦泰的這一套廢液處理方法逐漸成形?！霸谖业膶嶒炘O(shè)計中，我將浸沒燃燒裝置中被高溫?zé)煔饧訜岬乃畵Q為化工廠廢液，燃燒室內(nèi)的燃料也換為廢液。因為廢液中含有有機(jī)可燃物，在燃燒室內(nèi)燃燒后，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饪梢灾苯佑糜诩訜釓U液，蒸出廢液中的液態(tài)水，從而得到高濃度的廢液濃縮液。除此以外，我又額外加入了兩個裝置，一個是將池內(nèi)的廢液壓入燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒的壓泵，因為靠燃燒處理的廢液處理效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靠高溫?zé)煔馓幚淼膹U液；第二個裝置是尾氣處理裝置，對燃燒過后的部分揮發(fā)性的有機(jī)物和其他燃燒產(chǎn)物進(jìn)行收集處理，避免污染環(huán)境?！?/p>

實驗做到現(xiàn)在，張錦泰還要根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行最后的分析和優(yōu)化，以求達(dá)到更佳的實驗效果?；叵肫饛囊夯烊粴鈴S獲得的靈感，張錦泰開玩笑說是自己運(yùn)氣好，但事實上，更多的是來自于他對事物的好奇心、思考聯(lián)系的能力、以及對節(jié)能減排的念念不忘。

責(zé)任編輯：曹曉晨