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困惑与解惑: 热度 1 Taylorwang 2020-1-19 09:23; 接触氧化铁红行业也有十多年了。氧化铁红行业利用其它生产过程中产生的废弃物（如废铁皮）变废为宝，属于资源回收对环境保护有利的行业。这些废铁皮，采用湿法氧化工艺，在酸性条件下通过空气不断氧化，生成红色氧化铁粉末。在这个生产过程中，硫酸，硝酸等都可以用，但由于硝酸法生产的产品，着色率高，质量好，市场需求大，故绝大部分氧化铁红使用硝酸作为原料生产的硝酸红，或以硝酸为主的混酸红。使用硝酸生产氧化铁红，在生产过程产生废气中往往含有一定量的氮氧化物，同时也产生一种废水。这种废水呈红色。要脱除废水中的红色，还是容易的，它主要是水中残留的氧化铁红粉末引起的，只要有很好的沉淀即可脱除。但这种废水中，还含有高浓度的氨氮。当初接触这个行业时，根本想不到废水中含有氨氮。从生产氧化铁红的原料来看，就是废铁皮，硝酸等，并没有氨氮，为探索这些氨氮的来源，及如何减少其污染量，在有一定的前期实验研究基础上，我们申请了国家自然科学基金，硝酸法氧化铁红生产过程中氮元素的形态转变机制及污染控制研究（ 21646008 ），并获得资助。通过研究，了解到这里的氨氮是硝酸根在酸性条件下，一部分铁在酸性条件下形成亚铁，亚铁再通过空气氧化而生成氧化铁，但大量的铁皮，也能将硝酸根进行还原。在这个过程中，一部分硝酸根，被直接还原为氮气和其它氮氧化物，另一部分硝酸根则进一步还原为氨氮。虽然实验研究也探索出在 pH 值偏中性条件下，硝酸根还原为氨氮的比例会下降，但反应体系 pH 值的变化严重影响反应系统的生产效率，及产品的色相品位，故在生产过程中为了减少氨氮产生而调整工艺参数是难以实现的。这样，硝酸法氧化铁红生产过程中从源头上消除氨氮废水的产生就不可能了，如何处理这种废水也就成为解决氨氮废水污染问题的关键。从废水中分离提取氨氮做资源回收，但回收的氨氮主要用于农业化肥，价格低廉，虽然有人开发出一些氨氮回收的方法，从经济成本核算考虑，往往得不偿失。生化法脱除废水中的氨氮是相对比较便宜的处理处置方法。生化法脱除氨氮，主要有完全硝化反硝化，短程硝化反硝化，与厌氧氨氧化三种。完全硝化反硝化和短程硝化反硝化，都要消耗大量的碳源，且由于废水中存在大量的硫酸根，投加了碳源，在反硝化的过程中，存在硫酸盐还原菌利用碳源，将硫酸根还原为硫化氢，从而导致恶臭及抑制反硝化过程的风险，故反硝化工艺控制要求严格。若使用厌氧氨氧化的处理方法，可以完全免除碳源的投加，而从杜绝了硫酸盐还原菌滋生的条件，且大大节省氨氮废水的处理成本。厌氧氨氧化工艺，国内研究人员不少，由于它具有不需要碳源，动力消耗低，污泥产量少，容积负荷高，综合处理成本低廉等优点，几乎每个有环境工程专业的大学，都有人研究厌氧氨氧化工艺，发表研究论文很多，但真正工程化应用不多。解决氧化铁红高氨氮废水的处理，也是驱动我们将这项工艺从实验室研究推向工程化应用的重要原因之一。我们集中力量，花了三年时间，终于解决了厌氧氨氧化大规模工程化应用的难题。为了让我们开发的厌氧氨氧化处理工艺能应用于氧化铁红行业，我们参加了氧化铁红行业的年会，并在会议上对该废水处理技术进行了介绍与推广。现在我参加国内的一些研讨会，作为邀请嘉宾已很少交会务费。为参加这个会议进行技术宣传推广，我们花大钱赞助了这次会议。通过成本核算比较，对于处理 1000 mg/L 氨氮的氧化铁红废水，采用常规的完全硝化反硝化工艺，处理成本高达 40 多元，而采用我们开发的厌氧氨氧化工艺，处理成本可以降到常规方法的三分之一，吨水处理成本也需要 15 元。一吨氧化铁红产品大约产生 20 吨的废水，折算成每吨氧化铁红产品的废水处理成本，常规的完全硝化反硝化，一吨产品需要增加近 1000 元的废水处理成本，而采用我们的方法，也要增加处理成本 300 元。与宁波一家外资的氧化铁红厂交流，废水处理及废气处理，他们一吨产品的环保成本大约 2000 元。会议期间大家对我们开发的新技术还是感兴趣，也基本认可工艺原理与技术的可行，但会议开完到现在，难以找到一次真正应用的机会。最近，通过与几家铁红厂的老板沟通，我知道了问题的关键。虽然绿水青山就是金山银山正不断深入人心，但某些地方，特别是一些经济欠发达地区，仍存在牺牲环境来发展经济，一些地方保护措施也依然存在。由于太湖蓝藻爆发，使江浙一带对排入水体的富营养化物质的控制要求越来越严，这样，原来一些氧化铁红生产厂因为废水高氨氮问题就不得不被关停。据介绍，这些被关停的工厂，其中有些经理与工程师，就跑到广西，湖南等偏远地区，又建设了一批氧化铁红生产厂。全国的氧化铁红总产量及需求量每年约 60 万吨，被关停的工厂年产能不到 10 万吨，据说这些新增工厂的产能就达 30 万吨。这些工厂生产的氧化铁红卖到广东及江浙沿海一带，每吨报价不到 5000 元，这价格已低于沿海地区不做废水处理的氧化铁红生产成本。由于房地产行业不象几年前快速发展，建材市场逐渐疲软，市场对氧化铁红的需求也不高。我从其它朋友处也了解到，今年氧化铁红行业不少工厂都处于亏本经营状态，在这种情况下，再要求这些工厂建设和改造废水处理工程怎么可能呢？在产能过剩，又有地方保护主义的条件下，再好的环保技术也难以推广应用。估计国内其它产能过剩的行业，也有类似的情况。最近，国家环境部在长江排查出 6 万多个排污口，比地方掌握的多 30 倍，我就不相信当地环保部门不知道有这些排污口，可能仍是诸侯经济思想，及地方保护主义作怪！; 11103 次阅读|2 个评论

如释重负，这问题压了我十多年！: 热度 20 Taylorwang 2018-10-10 08:14; 氧化铁红是以废铁皮作原料的资源回收利用而生产的一种化工产品，全球大约 70% 的产量在中国生产，国外有些大公司销售的氧化铁红产品，往往是从我国采购氧化铁红原粉，再经研磨复配而成，有些外国企业甚至将包装材料送到中国工厂，直接委托国内的工厂加工。 2003 年有几位朋友投资建一家氧化铁红厂，朋友们也是看中我的化工生产方面的技术能力，希望我加入。我一方面想找一个可以深度合作的化工基地，同时也是基于朋友的情谊，也就筹了一笔钱加入了。这十多年来，关于氧化铁红的相关研究，也断断续续地进行着，为了解决氧化铁红的污染及清洁生产问题，前后有 3 位硕士研究生以氧化铁红方面的研究作毕业论文，也发表过 2 篇 SCI 论文，申请拿到过国家自然科学基金与广东省科技计划项目各一项。德国朗盛公司的总工，看到我们发表的关于氧化铁红清洁生产 SCI 论文，从德国飞到上海时，专门请我去上海进行技术交流。工厂从我加入时年产 4000 多吨，到十年后 2013 年我离开时年产量已近 2 万吨。当年虽然在清洁生产方面，帮助厂里利用废水处理产生的铁泥，并将其资源化，但工厂的废水污染问题，一直没有能解决。当初我也没有认识到铁红厂会存在氨氮污染，工厂当地镇的环保办，只测量废水的 pH 值与 COD 值， COD 值远远地低于国家排放标准，也没有认识到工厂会存在废水氨氮严重超标问题。后来国家对氨氮，总氮的控制要求越来越严，治理太湖的蓝藻问题，太湖流域的铁红厂氨氮问题显现了，这里铁红厂的氨氮问题也就暴露出来。作为水处理行业的专业人员，我也做了各种尝试想解决这废水的氨氮污染问题，限于当时的能力，一直没办法解决。因为氧化铁红厂的废水，除了氨氮高，硫酸根浓度也很高。若氨氮用吹脱法处理，操作成本相当高，回收得到的硫酸铵的最终处置也存在问题。用鸟粪石沉淀法，处理成本更高，虽然用鸟粪石沉淀脱除铁红厂的氨氮的研究我们也发表过 3 篇文章，但工程化应用必须考虑成本问题。用生化法，若采用常规的硝化－反硝化处理，废水没有有机碳，一定要投加大量的碳源，这将大幅增加处理成本，更主要因为废水中存在硫酸盐，反硝化时，在有碳源的条件下，会被硫酸盐还原菌还原为硫化氢而产生恶臭，且硫化氢的毒性，又抑制了其它的生化反应。虽然当年我也想到最时髦的“厌氧氨氧化”工艺有可能解决这个问题，但从查获的资料看，它的控制要求极严，国内还没有一家公司能真正工业化应用，且发表的文章表明研究都处于实验室阶段，怎可能应用到这个行业的水处理？我有一种感觉，若氧化铁红的废水氨氮污染不解决，总有一天会因为水污染问题而关厂。当工厂有股东年纪接近退休年龄，开股东会时大股东要求自己独自运作工厂，其它几个股东都看我如何表态。我很快同意退出，而让我最快作出退出决定的关键因素就是这个高氨氮废水的污染问题。想想一个水处理的专业人员，也是工厂的股东，而工厂出现如此严重的水污染，将来我都不好意思向别人解释。再说，虽然年年的工厂财务报表显示能赚数百万元，但我知道，这赚的钱都是大股东平时管理工厂省吃俭用省出来的。做实业真不容易，每次去工厂，我也在工厂的饭堂就餐，虽然饭堂会给我们加菜，但普通员工饭菜的质量是比较差的。若我不同意退出，公司的赢利可以从现在的正值，变成负值，将来甚至相互朋友都做不成。如何计算工厂的价值，我提出只计算实物价，不估算无形资产的方式，最后以投资收益比 1 ： 8 的方式，退出股东。虽然退出了股东，我仍是工厂的座上客，工厂若存在什么技术问题，我也乐于帮助解决，但如何解决工厂高氨氮废水的问题，一直象一件沉甸甸的石头压在我心上。这也是当我们在实验室发现稳定的亚硝化方法，立即调动全组的研究力量，全力以赴地投入厌氧氨氧化研究的一个重要驱动因素。在实验室，从厌氧氨氧化小试，到做体积 200L 的厌氧氨氧化中试，花了差不多一年的时间。当 200L 的厌氧氨氧化中试系统运行正常时，立即设计 10 吨的厌氧氨氧化的工程化验证系统。在此期间，我们也去氧化铁红厂取了工厂的废水，在实验室用小试装置做这废水，小试结果没有问题。这十吨的厌氧氨氧化工程化验证系统必须安装在有高浓度氨氮废水的工厂进行实验，选择验证地点，当然选与我们关系良好，也需要进一步验证高氨氮废水处理工艺的氧化铁红厂。这工程化验证系统，在现场投入运行 10 天后，氨氮处理负荷的增长就拉出一条漂亮的上升直线，且氨氮的脱除率，这十吨系统也达到 90% ，毫无疑问，用厌氧氨氧化法来处理氧化铁红生产过程中的高氨氮废水，从技术工程的角度来看是没有问题了！我终于如释重负，放下了压在心中多年的包袱。这氧化铁红厂因高铁建设的需要，也必须搬迁，新的铁红厂必须采用可靠的废水处理工艺，现场工程化验证系统的结论进一步验证了厌氧氨氧化工艺的可靠性。据我所知，国内氧化铁红厂的高氨氮废水处理问题目前没有能有效地解决，在太湖流域，有不少厂因氨氮污染问题而减产，甚至关闭。有一家工厂，采用了国内最牛大学的技术，号称投资了一个多亿来解决废水氨氮问题，据说也不能完全达到处理要求。而我们这里开发的厌氧氨氧化技术，不仅化解了我的心结，也必将为我国的氧化铁红行业的水污染问题，找到一条可靠，经济的工程解决方案！; 15368 次阅读|40 个评论

若真拿到国基，反而会纠结: 热度 24 Taylorwang 2016-8-29 08:46; 今年的国基申请，没有获得资助，与许多被拒的申请一样，三位评审专家，二位赞成资助，一位反对。赞成的理由充分，课题来源是为了解决实际生产过程中存在的理论问题，有较好的应用背景，且也有较强的研究基础。反对的理由也有道理，应用性太强，应报一些相关工艺开发类的项目，而不是申请国家自然科学基金。众所周知，我国的钢产量，煤产量都是世界第一，其实在一些特殊化工品领域，产量与这些大宗类产品一样，产量也是世界第一，如利用废铁皮生产红色的无机颜料 ——氧化铁红。根据文献资料，我国的氧化铁红产量占全世界 70% 。国际上的一些大的化工原料公司，在全球销售无机颜料氧化铁红粉，不少都是从我国进口氧化铁红原料粉，拿回去再重新加工包装后销售，甚至要求国内生产工厂直接将产品装进他们提供的包装袋中，用他们的品牌在全球销售。氧化铁红是一种比较传统的化工产品，利用废铁皮作为原料湿法生产氧化铁红的历史已超过半个世纪，当初开发这种产品时，主要考虑如何生产合格的产品，而对生产过程中如何减少对环境的污染危害考虑较少。由于氧化铁红生产过程中会产生含氨氮的废水，在环保要求越来越严的今天，必须解决这个污染问题。对于这种传统的化工产品生产，已不可能成为现在人们的研究热点。在太湖流域，正因为氧化铁红厂氨氮的污染难以解决，而关闭了一些氧化铁红的生产线。对于氨氮废水污染的末端治理，已有大量的研究报告和实际应用工程，但在氧化铁红的生产过程中，使用原料硝酸，这硝酸是如何转化为氨氮，这些硝酸根除了转化为氨氮，还有多少转化为其它形式氮，能不能控制转化过程，让硝酸更多地转化为无害的氮气。有关氧化铁红的研究报告已经比较少，而从生产过程的源头上减少氨氮的产生研究，国内外更是没有任何研究报告。十多年前，朋友在广东投资建设了一座利用当地废铁皮生产氧化铁红的工厂，我也拿出部分积蓄参与了投资。在工厂建成后的运行过程中，我带领研究生参加了工厂的不少技术改造研究，在氧化铁红的生产领域，研究的成果申请并获得国家发明专利三项：利用含亚铁盐废水制备氧化铁红晶种的生产方法，发明专利申请号： 2011110453559.6 ；利用铁盐水处理剂的物化污泥制备氧化铁红的方法，发明专利申请号： 200910039516.6 ；硫酸晶种混酸法氧化铁红制备方法及其产品；发明专利申请号： 200510034753.5 。同时，也发表了二篇 SCI 论文： Iron oxide red wastewater treatment and recycling of iron-containing Sludge . Journal of Cleaner Production. 2015,87 ： 558-566 ； Waste Elimination Processes of Iron Oxide Red. Environmental Progress . July 2008, 27(2): 263-268 。另外，还有几篇国内的核心期刊论文，故以这个课题申请自然科学基金，我们应该算有一定的研究基础，且目前国家强调产学研相结合，研究结果为降低产业的环境污染，为国家的经济建设服务，从这个角度来说，这项研究也有较好的现实意义。当然，我也猜到可能有评审专家否决这项申请的风险，即这是一项应用性太强的基础研究，太强的应用性，有可能掩盖了其基础研究的本质。去年写申请书时，就听说新建的一条铁路要通过这个铁红厂，想不到这铁路拆迁的通知要求下达这么快。氧化铁红生产工艺研究，要求反应系统在蒸汽加热的条件下维持 90 度左右的高温，连续反应几十个小时，我们原来打算在工厂现场，设计和建设一套中试系统来开展这项研究工作。现在工厂拆了，若将研究工作搬到学校实验室，这蒸汽，压缩空气等通用工程的维护也是不容易的。另外，现在能带博士生，硕士生的导师越来越多，而允许招收的学生数量却基本不变，故每个导师能带研究生总数也在下降。近年来，我们课题组研究工作的重点已慢慢转移到非膜法垃圾渗滤液的处理，以及为国家排放标准提标改造服务的废水深度处理研究。在国家自然科学基金的评审结果没有公布之前，我的心情是矛盾的，既希望能拿到这个自然科学基金，又有点怕拿到它。因为拿到它，就必须完成基金申请时所规定的研究任务，要从有限的研究生资源中，分出一部分开展这项研究，且由于铁红厂的拆迁，这 1 － 2 年内，开展的研究也难以利用铁红厂的便利条件，进行中试与生产性实验验证。收到没有获得资助的电子邮件，我反而没有了纠结。研究的工作重点，全部聚焦到水的深度处理研究上来。通过这几年我们自己建立起来的具有紧密合作关系的 “产学研”平台，从工程项目，环保工程设施的维护运行中，寻找与发现问题，从而确定研究课题，由研究生在实验室，或现场中试开展研究，并将研究结果很快反馈到实际工程应用中进行验证。有国家自然科学基金的资助，可以做到锦上添花，没有获得资助，我们也要做到应用研究的良性滚动发展！; 15424 次阅读|55 个评论

意外获得的一笔科研经费: 热度 30 Taylorwang 2014-10-20 07:08; 今天中午突然收到学校科技处的电话，告诉我省科技厅批准了我去年申请的一个科研项目，但我还没有提交项目合同书，赶快到网上填写。这真是得到了意外的 20 万科研经费。我想起来了，那是 2013 年初申请的一个节能减排清洁生产项目，当初我们申请了 27 万，按原来的时间安排，应在 2013 年年中公布项目评审结果，年底前拨款到位，但后来一直没有项目审批进展的消息，慢慢对这次项目的申请也就渐渐失去了信心，后来，居然将这项目申请的事忘记了。这是一个氧化铁红生产的废水处理并利用其污泥的清洁生产项目。氧化铁红是一种传统的红色无机颜料，我国的氧化铁红产量占了全世界的一半以上，国际上有些销售氧化铁红的大公司，大部分都是在国内代工，或直接采购国内的产品，更换包装后加价销售。与我们合作的这间工厂，在离广州 100 公里开外的江门市，该厂原是一家国营老厂，工厂宣称 1958 年重新修饰北京天安门城楼所用的红色颜料，就是使用他们厂生产的氧化铁红。氧化铁红生产过程中排出的废水，往往 PH 值在 4 左右，废水中含有大量的亚铁离子。常规的处理方法是加碱中和废水，使废水的 PH 值达到 6-9 的国家排放标准而排放，许多铁离子，亚铁离子，在中和过程中形成氢氧化亚铁或氢氧化铁而沉淀。这些铁泥，原来工厂将其作为固体废物处置，随着环保法规的严格，这种工业固体废弃物有时还要按危险化学品处置，处理费用高昂。据说，国内也有生产铁黑产品的工厂，将其加工成氧化铁黑。江门的铁红厂没有铁黑生产，必须寻找其它的解决方法。目前高质量的氧化铁红生产，都是使用废铁皮（铁皮加工产品的废料）为原料，采用湿法氧化工艺生产，湿法氧化工艺的第一步就是做晶种。硫酸法晶种的制做就是用硫酸亚铁与氢氧化钠中和，生成氢氧化亚铁，再控制一定的 PH 值与温度，并曝气氧化而制得的。我就想，能不能用这个废水处理沉淀的污泥来做这个晶种呢？带研究生在工厂用大烧杯做了小试，好象可以，在此基础上，写了省科技计划的项目申请。虽然一直等不到科技计划项目获批准的通知，但我觉得这个研究工作还是很有实际应用意思的。我们通过小试的结果，说服工厂按我们的要求做了一套中试装置，我们也将实验室的一些分析检测仪器带到工厂去。中试的结果进一初证实了我们当初的设想。通过成本核算，用回收废水中的含铁污泥，做氧化铁红的晶种，能给工厂节省制做晶种的成本，是一个既能解决固体污染物的出路，又能省钱的方法。实验的一些费用，我们用其它的科研经费来补充。中试的实验结果及详细的成本核算说服工厂投资了近二百万元，按我们的设计，做成了这套废水综合治理利用系统，二个月前，工程已经通过验收，生产的氧化铁红产品完全满足产品的质量标准和要求。这是一个迟到的科研项目，比原来的时间预计，迟到了差不多一年。据说因反腐风暴及人事变动，去年申请的广东省科技厅的所有科技计划项目全部冻结，后来所有的项目评审，采用了“双盲”的评审形式，最近才陆续公布评审结果。上一周，与我们合作的一个大型纺织公司通知我，讲他们与我们合作一起申请的企业项目，获得资助，并公示了。这一周我们自己申请的项目又获得资助，但这个项目按研究内容讲，因资助时间推迟了一年多，我们已差不多完成了这项研究工作。我想，许多科研项目都存在这样的问题，当我们想到一个科研的亮点时，不可能写了科技计划申请书，再等一年多的时间，等项目申请获得资助后，再来做这个项目。真正的科研亮点，我恨不得立即赶到实验室，开展“亮点”论证的研究工作。按项目合同书的要求，应该申请的专利已经申请，该发表的文章，有些已发表，有些处于退修状态，只不过退修的论文，立即加上这个新获得资助科研项目的项目编号。项目要求的新产品，新工艺也都成功运行。当然，在氧化铁红厂的进一步调研中，又发现了生产某些品种存在氨氮污染问题，这些科研经费可以用于那方面的进一步研究。科研项目的申请往往都存在这种“后滞”问题。另外，有不少拿了科研项目，并没有实施的现象也普遍存在。如何解决这个问题，也许改进目前普遍采用的申请后全部拨款的制度更重要。有些项目申请，可以申请到部分探索的研究经费，有了初步研究结果后再追加。有些申请，就是获得预期的研究成果后，采用奖励的方法更合理。最近学院为了增进同事们的相互了解与协作，规定了每周四搞一个午餐聚会，由学院出钱给每位参加的老师一份盒饭。这样做了几周后，发现盒饭送到学院会议室吃，容易造成“白色污染”，吃饭的环境也不好。有人提议由老师赞助，到学校交流中心去，吃那边的套餐。我想起到“抛砖引玉”的带头作用，第一个资助了这个午餐。有人听到我意外得到了省科技厅的这个科技项目，说我获得了科研项目请大家吃饭。我说二件事有先后，且是不同的因果关系，我请大家吃饭后才收到这个好消息。更好的解释应是“做好事，有好报”，不能颠倒因果关系，再说，这区区的二十万，还真不值得庆祝呢！; 33395 次阅读|59 个评论

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