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[中南大学新闻网]柴立元及其创新团队:用科技创新,打造碧水蓝天
2014-02-19 15:48   中南大学新闻网 审核人:

在国家重金属污染防治工程技术研究中心实验楼背后,柴立元带领团队搭建了一个重金属废水处理站,占地面积仅有200多平方米。面积狭小,位置偏僻,装置看起来也不尖端,曾被校长张尧学戏谑地称为‘乡镇企业的简易工棚’。但就是在这样的“简易工棚”里,柴立元和他的团队,不断进行科技创新,研制出从源头减排、过程控制到末端治理全过程的创新技术,为生态文明建设、打造青山绿水提供了重大科技支撑。 

11月4日,国家主席习近平来我校调研科技创新,首站来到了柴教授的“简易工棚”参观,高度认可团队做出的成绩。“简易工棚”里走出的这个团队,入选国家人才推进计划重点领域创新团队和教育部长江学者创新团队。一时间,柴教授的“简易工棚”和他的创新团队,成了热议名词。 

对接国家重大战略需求

广西龙江镉污染,湖南娄底双峰铬污染,浙江台州铅污染……频频爆发的重金属污染事件,已经严重破坏生态,危及居民生命健康,也日益引起国家领导的高度重视。随着国家出台重金属污染防治“十二五”规划,在资源开发利用过程中防治重金属污染,打造碧水青山,已经成为我国重大战略需求。但此时,国内亟需重金属污染防治领域创新技术与创新人才。 

这是一个契机。一直秉承“科学研究,就是要对接国家的重大战略需求”理念的柴立元,敏锐地觉察到这是机遇,也是挑战。“但国家的战略需求面很宽,我们的精力有限,不可能什么都做。”考虑到这一点,柴立元决定依托学校在有色金属领域的特色和学科优势,结合自己的学科特点,组建一个专门的团队,进军重金属污染防治领域,解决该领域焦点、难点问题。 

1999年,柴立元回国后受命领衔组建冶金特色的环境工程学科,历经15年,团队不断壮大,由最初的2人成长为几十人的大团队,规模之大在全校甚至全国都颇有名气。如今,团队有核心成员22人,其中教授13人,包括教育部“长江学者”特聘教授1人、国家杰出青年基金获得者1人、国家“十二五”863计划资源环境技术领域主题专家1人,教育部新世纪人才3人等知名学者;一批知名学者如彭兵、闵小波、杨志辉、周萍、李立清、周康根、郭朝晖、陈卓等加入这个“大家庭”。 

2006年以来,团队在成员们齐心协力下,承担了包括国家水专项课题、国家973项目课题、国家863计划重点项目、国家科技支撑计划重点项目、国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金重点项目、国家公益性(环保)行业科研专项等重要科研项目,为治理湘江、助推生态文明建设和回归美丽家园做出了重要贡献。同时,团队还主持或参与承担国家砷污染防治技术政策、铅冶炼废水治理工程技术规范以及国家有色金属冶炼行业污染物排放标准等制定,在重金属污染防治政策管理领域发挥了重要作用。 

这样一个大的团队,如何能吸引众多人才加入,还运作良好,收获累累硕果?为此,带头人柴立元说,“一个科研团队的定位不是在于赚钱,而在于通过产业推广技术,为环保事业做出贡献,为企业带来经济效益,为社会培养出大量的人才。”对接国家需求,柴立元一方面统筹团队,凝心聚力,加快科技创新;一方面,又鼓励团队成员自由开展研究,彰显特色。于是,围绕矿山、冶金、化工等行业亟需解决的环境污染严重、资源浪费惊人的问题,团队展开研究,形成了重金属清洁冶炼源头减污、重金属“三废”污染控制与资源化、重金属污染场地治理等三个特色鲜明的研究方向。团队骨干彭兵、闵小波和杨志辉教授分别为三个方向的负责人,团队领头人柴立元则重点攻关重金属废水治理方向。 

十年磨一剑:攻克废水治理新技术

在矿产资源的开发利用中,将不可避免产生大量废水,怎样对重金属污染的废水进行处理、循环利用?这给科研工作中提供了研究课题。一直以来,对废水进行处理的传统方法,是利用石灰中和沉淀废水中的重金属,但因废水中重金属浓度高、种类杂,很难“抓住”全部重金属离子,废水处理后仍难以达到国家最新发布的排放标准,还会产生大量的淤泥,加上由于水量大,传统方法处理后出水钙含量高,难以回用,企业面临困境。 

“传统的技术已经走入瓶颈,有没有一种新的思路,突破这个瓶颈?”柴立元领衔团队开始思考这一问题。“一只手,很难同时抓住10个东西,如果有十只手呢?”偶然间,柴立元萌生一个想法:能不能在废水中加入一种多配位基团,这样就能同时“抓住”众多重金属离子,从而净化处理废水?有了想法就行动,柴立元和团队立马开始实验,最终发现某种微生物有这种功能。可是光有微生物,在废水处理工艺操作上,却依然存在困难。能不能再研发一种药剂,通过生物技术和化学方法融合,深度净化废水?兴奋过后不久,柴立元和团队成员开始冷静下来,又一头扎进实验室。十年磨一剑,2009年,团队最终攻克“重金属废水生物制剂法深度处理技术”。 

不过,为了让技术从实验室走向企业,柴立元和他的团队深入一线,不畏艰苦,开始试验。据当时驻株洲冶炼集团股份有限公司的王云燕副教授回忆,“在观察和调节药剂流量时,污酸中的二氧化硫常会逸散出来,弄得眼睛睁不开,鼻涕直流,咽喉难受。只能吸半口气然后屏住呼吸,或者深呼一口气做事,赶快反身吸气。”条件虽然艰苦,柴立元却始终鼓励团队成员要坚持,“只要我们大家团结一心、不畏艰险,总能为国家做出点事来。再说,科研工作,没有不辛苦的!”于是,一次不行,再扎进实验室;两次不行,再来一次,最终,经过无数次艰苦的试验,这项技术成功应用于株冶集团,并实现年减排废水500万吨。回顾整个过程,柴立元感慨万千,“科研永远不是你一个人的事情,你背后还有一个团队,甚至一个国家的期望,因此,你只能背水一战。而等到成功之后,失败时的痛苦便会转化为值得回忆一生的记忆。” 

相比传统的方法,柴立元及团队创新的这项技术有明显的优势:利用生物技术开发的药剂来处理废水,废水回用率由50%左右提高到90%以上;处理后的废水,不仅能达到地表水排放的三类标准,还能根据企业不同的要求进行排放或回用。在净化过程中,产生的含有金属的污泥,还可以返回到冶炼厂做原料,实现污染物的循环利用,把污染物控制在企业的围墙以内。除此之外,这项技术在企业特别容易延伸、放大,如在学校的小型废水处理站,可能每天只能处理一百多吨废水,但在企业一天可以处理几万多吨废水。 

成本低、易改造、效果好,这项技术很快就在湘江流域多家重金属冶炼企业推广,并通过企业之间口耳相传,最终辐射、应用于国内30多家企业。如今,这项技术在在铅锌行业的推广面,按金属产量计算已达到全国的1/3以上,年回用废水4000多万立方米。2011年,这项技术还摘得了国家技术发明二等奖。  

践行“大循环”理念,打造青山绿水

冶炼过程中,不可避免地产生大量废渣,废渣怎么处理?这引起了柴立元和团队关注。 

经过反复实验,团队发明了废渣硫化法。“从废渣中回收品位40%以上的人造硫化矿,可以返回到冶炼过程循环利用,从根本上解决了重金属废渣堆存对环境造成的污染问题。”据负责重金属“三废”污染控制与资源化的闵小波教授介绍,团队发明的这项技术,能使废渣重金属的回收率达到75%。除了做原料回用外,剩余的大部分废渣怎么处置?专注环境工程研究的柴立元和团队骨干闵小波,一直坚持资源与环境领域的“大循环”理念,坚信“世上本没有垃圾,只有放错位置的财富”,又开始琢磨怎样变废为宝。最终,他们把目光定在把大量废渣用做水泥、水泥砖等建筑材料,实现了资源再生、循环利用。 

废渣堆积,污染土壤,场地该怎么修复?土壤修复以后,生态又该如何恢复?研究治理废水、废渣问题过程中,随之产生的一系列问题,也给柴立元和团队提出难题。 

“土壤里裹着重金属,我们把土壤看做一个‘鸡蛋’。要想把土壤中的重金属‘拿’出来,传统的方法必须打碎‘鸡蛋’,不但花的力气大,还造成破坏。能不能只拿一个针头戳个小洞,从这个小开口中‘拿’出重金属呢?”柴立元和团队又开始了大胆设想,小心求证。 

在思考的过程,他们又开发出新技术——利用微生物淋洗出土壤中的重金属,印证了之前的设想,改变了传统方法中把重金属固定在土壤、重金属潜在的风险依然存在的缺陷。“这就如同治病一样,一种把毒瘤杀死,还留在体内,风险还在;一种是把毒瘤切除,把它拿出来了。我们的方法,就是利用微生物,把重金属‘拿’出来了,成本低,效果好。”说起这门新技术,柴立元精神倍增。 

治理土壤、恢复生态,利用微生物淋洗只是其中一个环节。怎样进一步降低土壤中重金属的含量,抑制重金属在土壤里的迁移,这可难住了大伙。无意间,团队在重金属污染现场,注意到苎麻、地枇杷等植物在重金属含量如此高的土壤也能存活,引起了柴立元和团队的极大兴趣。于是,他们从重金属污染地区采集和培养了这些植物,发现它们在土壤修复过程中有着神奇的功效——能够高效地富集、吸收、耐住重金属,修复土壤。因而,柴立元及其团队萌发出通过在重金属污染修复后的土壤上种植这些植物,来恢复生态的想法。 

柴立元带领团队开始忙碌了,搭棚、采集绿苗、培育……但这种植物修复方法,也让不少人存有疑问:“用植物吸附重金属,那植物里边的重金属怎么办?不是一样污染环境?”倚靠学校在有色金属领域明显的学科优势,柴立元及其团队很快就打消了大家的疑虑。“我们的学科背景,是我们的一大优势。学冶金出身的我们,知道这些重金属从哪里来,该回到哪里去。”于是,采用这种植物修复土壤、恢复生态的方法,在植物富集重金属以后,柴立元和团队把这些植物制成生物炭,再把它们返回到冶炼厂做还原剂、作原料,实现资源的循环利用。 

如今,以平台建设为抓手,团队已经逐步形成了多层次人才格局,并始终坚持产学研结合,服务国家和地方行业。团队的成长,总书记的来访,让柴立元及其团队倍觉感恩。“我们团队所取得的成绩,得益于学校这个平台,以及各级部门的大力推动。” 

感恩之余,柴立元永远铭记习总书记视察时,一个自己未曾说出的“承诺”:请总书记放心,我们一定努力工作,开发出更多、更好的先进技术,为打造青山绿水做出我们应有的贡献。 

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