從廢水中收集寶物

吳苡婷

大飛機制造需要大量的鋁合金材料，這些材料與我們日常接觸的鋁合金有很大差別。飛機需要在藍天上長時間飛行，所以對材料性能要求更高，要耐磨更要耐腐蝕。因此，在飛機用鋁合金材料中，要加入各種金屬元素，促其“強身健體”。

但是，這樣的制造過程會產生大量的廢水，而處理這些廢水需要投入大量的人力物力。上海理工大學陳維芳副教授團隊結合自身專業(yè)，幫助飛機材料供應商化解難題，還變廢為寶，大大減少了企業(yè)的原材料成本。陳維芳是如何破解難題的？帶著這個問題，《大飛機》雜志特約記者對上海理工大學副教授陳維芳進行了專訪。

活性炭改性技術

“2020年，上海理工大學和中國商飛簽署了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。在會議上，中國商飛提出了一些亟待解決的技術難題，我們各個學院的老師根據自己的技術能力，來決定是否可以為相關項目提供解決方案！”爽朗的陳維芳告訴記者，當時參會的時候，學校化學領域、光電領域的大牌教授都參加了，自己只是去看看，沒有想到這個難題正好和自己的技術能力相契合。

在鋁合金生產過程產生的大量廢水中，鉻的濃度是普通廢水的幾千倍，屬于工業(yè)上的高危廢水，有很強的致癌性，過去企業(yè)會請來專業(yè)公司進行處理，每年需要耗費大量的資金。這對于飛機制造商及其材料供應商來說，是一筆不小的開支。

陳維芳告訴記者，處理這個問題，最大的難題在于每天高危廢水產生的量是不固定的。這對于研究者來說，是很頭痛的問題，針對定量的排放可以更加方便地給出應對策略。

在不少專家一籌莫展的時候，陳維芳果斷地接下了這個任務。

48歲的陳維芳在污水處理領域是一位技術能力出眾的專家，她的本科和碩士階段的學習生涯都在清華大學環(huán)境工程系度過，在清華大學留校任教兩年后又奔赴美國賓夕法尼亞州立大學土木與環(huán)境工程系攻讀博士學位，在那里完成博士后工作后，她加入美國Norit公司擔任研發(fā)工程師，主要工作是開發(fā)活性炭以去除發(fā)電廠尾氣中的汞。

陳維芳敏銳地意識到，自己掌握的活性炭改性技術可以解決難題。

活性炭技術是環(huán)境治理中的一項關鍵技術，它的神奇之處在于不管廢水中存在何種金屬，科學家都可以通過活性炭改性，促其快速吸附到被處理過活性炭上，從而可以大大降低水中的金屬含量。醫(yī)學上還出現了可服用的活性炭，有快速去毒的作用。

變廢為寶降成本

陳維芳團隊結合活性炭改性技術，專門為中國商飛設計了一套萃取加還原和沉淀的技術方案。

“這種方法特別簡單有效！只要在廢水池里放上簡單的裝置，里面的‘鉻離子就會源源不斷‘聚攏過來，水中的鉻濃度就會慢慢下降，最后達到國家排放標準?！标惥S芳說。

光解決水中的問題還不夠，陳維芳考慮得更遠。鉻金屬的價格并不便宜，這么多的鉻離子遺落在水中，如果可以將其回收再利用，就可以大大節(jié)約采購原材料的成本。

最前沿的活性炭吸附技術讓這一設想有了可能。“這些鉻離子被吸附到活性炭上后，可以很容易地和活性炭加以分離，通過簡單的回收過程，大量的金屬鉻就可以被送到生產第一線，再一次被應用到飛機用鋁合金的生產中去?！标惥S芳介紹說。

在研發(fā)過程中，最讓陳維芳頭痛的是濃度測試方法，實驗室里高精尖的儀器可以容易地在廢水中檢測到最微量的金屬元素，但在實踐中，傳統(tǒng)的最基礎的檢驗方法更有效。“這也教育我們，不是每個廢水處理的濃度監(jiān)測都需要先進儀器幫忙，解決實際工業(yè)生產中的問題，有時候還要求助于傳統(tǒng)方法?！标惥S芳說。

除了解決廢水排放，陳維芳團隊還解決了中國商飛廢氣排放的難題。在中國商飛上千平方米的噴漆車間里，每天會產生大量揮發(fā)性有機物，會對企業(yè)員工的身體造成危害，必須第一時間將它們處理掉。中國商飛曾經邀請一些專業(yè)公司使用活性炭進行處理，遺憾的是雖然濃度達標，但是排放速度始終不達標。上海理工大學環(huán)境學院的實驗室沒有儀器可以測量這樣的排放速度，陳維芳團隊專門建立了相關模型進行模擬實驗，最終通過吸附劑改性的方法，大大提升了吸附速度，又一次成功破解難題。

“被強烈需要的感覺”

這次成功破解難題的經歷也給了陳維芳自信。在回國之初，她一直把科研精力放在了基礎研究方面，承擔了大量國家縱向課題?！半m然在基礎研究領域有了很多突破，但是我們從未意識到這些成果可以被應用，而現在我們有了被強烈需要的感覺！”談起這次經歷，陳維芳有些激動。

現在陳維芳的科研團隊也開始根據國家和社會的戰(zhàn)略需求，開始調整自己的研究方向，陳維芳的眼光還投向了河道底泥的處理，以及廢棄的印刷電路板材料的資源化應用等方面。團隊成員呂娟博士畢業(yè)于同濟大學環(huán)境工程專業(yè)，正在聚焦芯片生產全流程的清潔安全，全力攻克微電子行業(yè)的污水排放問題。許智華博士也在水污染控制技術和固體廢物處理處置與資源化利用的研究領域發(fā)力。

陳維芳告訴記者，中國商飛的難題解決只是一個起點，未來她的科研團隊將努力把實驗室的科研成果應用到實際生產中去，不僅為中國商飛，也為更多領域的各大企業(yè)解決廢水廢氣處理的難題。