李來風團隊在超導磁體裝配現場。

占地僅200平方米，日處理污水5000噸，水質達到國家一級A類标準。在浙江省桐廬縣下洋洲排澇站，渾濁的污水流經“神秘”藍色集裝箱後變得十分清澈，令其發生改變的就是超導技術。

“與傳統污水處理技術相比，超導技術處理污水占地更少、效率更高、速度更快、費用更低、産生的二次污染物更少。”中國科學院理化技術研究所（以下簡稱理化所）研究員、低溫材料及應用超導研究中心主任李來風告訴《中國科學報》，而藍色集裝箱正是他們所研制的一體化超導污水處理設備。

逐步實現應用

醫用核磁共振成像儀是超導技術應用的典型。“超導的優勢是其零電阻，可以産生很強的磁場。”李來風說。

他解釋道：“傳統磁體分為普通電磁體和永磁體，普通電磁體的磁場強度若要達到幾個T（特斯拉）是很難的，因為導線電阻發熱。目前，永磁體最大的磁場強度在1T左右，還是在兩塊磁體離得比較近的前提下。而超導磁體可以很容易獲得3T甚至更高的磁場，磁場空間範圍大，耗電量小，幾乎不發熱。”

早在20世紀70年代，國内外就開始探索超導磁分離污水處理技術。由于磁體需要在零下269℃的低溫下才能實現超導，而當時的技術手段主要是液氦冷卻，裝置龐大，系統運行可靠性很低，難以實現工業應用。

随着小型制冷技術的突破和材料科學發展的進步，近十幾年，超導磁分離技術在水處理領域的應用逐漸成為可能。李來風說：“該技術也被認為是繼超導磁體在‘醫用核磁共振成像譜儀、礦物磁性雜質分離’後，又一項實現超導工業應用的技術。”

在李來風看來，超導技術處理污水的過程，好比“鹵水點豆腐”。

首先，針對污水、廢水中的不同污染物類型，科研人員在水中預先加入帶有不同官能團的磁種顆粒，通過靜電吸附、氫鍵、離子交換作用、範德瓦爾斯力、配位作用、共沉澱等機制，将水中無磁性的污染物與磁種結合，使污染物聚集并帶有磁性。

其次，當污水流經超導磁體腔體内聚磁介質産生的大範圍高梯度可控磁場，利用磁力對污染物進行深度捕捉去除，從而實現水體淨化的效果。另外，污水處理所使用的磁種顆粒材料還可以回收循環使用。

打開一扇新窗

中國工程院院士王浩在該項目鑒定會上指出：“該技術實現了從‘0’到‘1’的突破，為水污染處理行業，特别是‘疑難雜症’的水污染處理打開了一扇新的窗戶。”

目前，我國污水治理常用的傳統技術如絮凝沉澱法、生化法和氣浮法以及永磁鐵制備的磁鼓分離法等。這些方法存在占地面積大、處理效率低、二次污染等問題，成為污水處理一直以來難以突破的“天花闆”。

李來風團隊研發的一體化超導污水處理技術可謂捅破“天花闆”。“隻需微絮凝即可實現分離目的，不僅減少30%～50%的絮凝劑使用量，還降低二次污染，減少污泥的産生，節省污水處理成本。”

2006年以來，在國家“863”項目等的支持下，李來風團隊開始探索超導處理污水技術，研究的初衷很簡單：“水污染不僅對環境有很深的危害，也影響着我們的子孫後代。我們當初沒想過要靠這個技術賺錢，隻是單純地希望讓企業用上，治理好水污染問題。”

直冷式大口徑超導磁體的均勻快速降溫，高梯度磁場的設計和優化，自動化連續分離系統的開發，水處理運行參數優化……團隊啃下一個又一個“硬骨頭”。為了得到寶貴的設備數據，李來風團隊在理化所廊坊園區搭建了簡易的中試試驗棚，一年四季、不分晝夜地運行并優化設備。

2017年，理化所聯合杭州富士達科技股份有限公司，入股成立了杭州中科凱淩科技有限公司（以下簡稱中科凱淩），超導磁分離污水處理技術正式走向産業化。

桐廬生活污水治理項目、東莞石馬河流域治理項目、宣鋼焦化廢水提标改造項目，山西太原晉源區流域治理項目……短短3年時間，一體化超導水處理設備便“開花結果”。

“轉化”和“重合”

利用超導技術進行污水處理在國内并不多見。李來風告訴記者：“超導磁分離污水處理技術涉及多個學科領域，既要對磁種材料了解，又要對超導技術/低溫技術和污水處理行業了解。”

李來風認為，超導技術“聯姻”污水處理，徹底的融合至關重要。“不僅要将超導技術融入到水處理行業中，在滿足各類污水處理需求的同時，還要具備與本行業各種污水處理技術相互配合和促進的能力。”

在産業化初期，李來風要求團隊抛開已有成績，以“空杯心态”潛心深入研究，對50多種水質水樣進行了超導磁分離處理試驗，摸索處理參數并驗證處理效果。為尋求各類污水更優的解決方案，李來風團隊還把超導水處理技術與生化法、膜法、臭氧氧化法等水處理技術進行對比試驗和配合試驗。

李來風坦言，科技成果産業化的關鍵，要以“用”為出發點和落腳點，克服一般科技型公司重科研、輕産品、輕經營的弱點，直面市場需求，避免技術創新的盲目性，從而大幅縮減産品研發到商品化、市場化的周期，有效降低技術創新風險和成本，提升技術創新效率。

如何身兼科研和經營的雙重角色？李來風研發團隊成員、中科凱淩總經理蔡方碩認為，要注重兩者的“轉化”和“重合”。

“在核心技術攻關和公司創立初期，研發是工作重心，管理是研發的有效保障；在市場開拓和推廣階段，經營是工作重心，研發是核心競争力。”實際上，這種“轉化”不僅對蔡方碩提出了要求，也對整個技術團隊提出了考驗，兩年的理念融合為産品快速打入市場奠定了基礎。

在蔡方碩看來，研發和經營在科技成果産業化中是“重合”、密不可分的兩部分，“除了在企業文化塑造上要強調兩者的重要作用，還要看重兩種人才的融合，技術人員要考慮市場需求，經營人員要提高技術和知識水平”。

随着國家對水處理領域各項規定及政策的頒布，超導磁分離污水處理技術迎來非常好的發展時機，目前已進入業績增長期。李來風表示：“未來，我們将以‘直銷 代理 租賃’的多樣化方式，實現産品的快速推廣，并加強與具有相關經驗的企業合作，争取在達産5年後在國内占據一定的市場份額。”（田瑞穎）

來源： 《中國科學報》