張軍營（中）正在與學生交流。

“目前，我國燃煤電廠的污染控制已經(jīng)達到了世界最好水平，但‘水難治’和‘霾難防’等難題卻始終存在。”對于出生在山西、成長于產(chǎn)煤區(qū)的張軍營來說，年少時家鄉(xiāng)隨處可見的黑煙、刺鼻的焦油味讓他難以忘懷，解決這兩大難題也是他一直以來的夢想。

去年3月，作為華中科技大學煤燃燒國家重點實驗室教授，張軍營帶領團隊研發(fā)的團聚強化除塵協(xié)同脫硫廢水零排放技術（簡稱團聚協(xié)同技術）在湖北能源集團鄂州發(fā)電有限公司的兩臺30萬機組上進行示范應用。不久前，經(jīng)權威機構測定，該技術使三氧化硫排放平均每平米降低了17.2毫克，三氧化硫脫除效率達到54.3%。這意味著，團聚協(xié)同技術不僅有效減少了三氧化硫排放，還成功破解了脫硫廢水零排放難題。

團聚協(xié)同技術，是張軍營實現(xiàn)“碧水藍天”之夢的重要“武器”。筑夢之途坎坎坷坷，張軍營從孤軍奮戰(zhàn)到“一呼百應”，經(jīng)歷了18年。

排放難題縈繞心頭

燃煤電廠是每一座城市的“標配”，為城市源源不斷地輸送著電力能源。然而，燃煤電廠之中一個個高大的煙囪卻常?！翱谕掳谉煛薄Ｊ獠恢?，這些煙里就深藏著大氣污染的“罪魁禍首”。

近年來，我國大力推進實施燃煤電廠超低排放改造，對電廠的硫、塵、硝排放和治理有著明確的標準，燃煤電廠在常規(guī)污染物控制方面取得了較大進展。但PM2.5、三氧化硫等非常規(guī)污染物的排放問題未能得到有效解決，亟待開發(fā)脫硫廢水經(jīng)濟高效零排放處理技術。

“煤燃燒一次顆粒物占大氣PM2.5比例 20%左右。常規(guī)的除塵技術對細顆粒的脫除效率很低，加之我國電廠總量大，它們成為霧霾的主要來源之一?！睆堒姞I告訴《中國科學報》，沒有安裝濕式電除塵器的電廠還使得PM2.5重要來源之一三氧化硫的排放濃度增加。

三氧化硫比二氧化硫毒性高十余倍，且具有強腐蝕性。煙氣中的三氧化硫冷凝形成亞微米級酸霧，排放后會與大氣中的堿性物質反應，生成大量二次硫酸鹽細顆粒物，這些硫酸鹽細顆粒物在大氣中具有很強的消光效應。

“這是造成局部地區(qū)能見度降低和霧霾加劇的重要原因之一。但目前三氧化硫限制排放缺乏國家標準，同時還缺乏有效脫除三氧化硫的技術。”張軍營坦言，沒有安裝濕除的超低排放燃煤電廠，三氧化硫氣溶膠排放需要特別關注。“它是‘有色煙羽’產(chǎn)生的罪魁禍首，對環(huán)境影響很大?！?/p>

燃煤電廠脫硫廢水的處理也是張軍營的“心頭之患”。脫硫廢水是燃煤電廠處理難度最大的廢水，其中含有大量重金屬和氯離子，pH值偏酸性、固溶物含量高且具腐蝕性，而最難解決的便是氯離子和腐蝕性問題。

“常規(guī)的脫硫廢水處理方法難以達到越來越嚴的環(huán)保要求，而要實現(xiàn)脫硫廢水零排放，投資太大，處理費用太高。”張軍營表示。

“歪點子”破難題

如何協(xié)同治理燃煤電廠的諸多難題，張軍營在屢次攻關的過程中冒出一個與眾不同的“歪點子”。

就除塵而言，燃煤電廠傳統(tǒng)的除塵方法通常為物理方法，如靜電除塵器、布袋除塵器以及濕式靜電除塵器等。但這些技術脫除PM2.5、PM1等細微顆粒物的效率較低，尤其是PM1的脫除效率不足50%。

更讓張軍營憂心的是，電廠為增強除塵效率，加大設備升級，使得投資和運行成本增加，施工難度加大，甚至還導致阻力增加以及設備腐蝕等問題，實際效果也不盡如人意。

2001年，在一次污水處理廠考察調研時，張軍營看到水廠技術人員向廢水池中倒入絮凝劑后，水中的懸浮微粒便慢慢聚集成粗大的絮狀體。一個反其道而行的“歪點子”便在37歲的張軍營的腦海中迸發(fā)：利用化學方法很輕易地就能實現(xiàn)高效脫硫脫硝，那么，能否也用化學方法進行除塵呢？

隨之，他提出了“化學團聚”一詞，并形象地解釋道：“PM2.5就像一顆顆米粒，單獨過篩時很容易漏下去。若把大米蒸成米飯形成飯團，就漏不掉了。除塵亦是如此，我們通過特殊的團聚劑把粉塵細顆粒物變大，除塵效率自然就提高了?！?/p>

遵循這一思路，張軍營帶領團隊研發(fā)出團聚強化除塵技術，而后在原有特殊團聚劑的基礎上，開發(fā)了高溫煙氣三氧化硫磺化引發(fā)劑，使得同時對三氧化硫、重金屬等污染物也有明顯脫除作用，實現(xiàn)多污染物協(xié)同治理。

同樣的思路如果也能把脫硫廢水“一舉拿下”那就更完美了。研究人員在PM2.5團聚技術基礎上增加鈍化劑，降低脫硫廢水的腐蝕性在確保除塵穩(wěn)定達到超低排放標準的同時，將脫硫廢水在煙道蒸發(fā)，實現(xiàn)脫硫廢水零排放。

最令張軍營感到自豪的是，團聚協(xié)同技術及相關添加劑顛覆傳統(tǒng)的解決思路，同時不改變電廠運行參數(shù)，無需增加大型設備和大量投資即實現(xiàn)諸多難題的協(xié)同解決，為保證了電廠安全穩(wěn)定地運行生產(chǎn)，提供了先進的環(huán)保節(jié)能解決方案。

18年曲折終“開花”

迄今為止，團聚協(xié)同技術已在江西、山西、新疆、河南、安徽、湖北等省區(qū)的20多家企業(yè)得到應用，被應用方稱為“多污染協(xié)同治理利器”。

2016年，國家能源集團國電豐城發(fā)電有限公司作為第一家大型機組（34萬機組）電廠應用了該技術。該公司生產(chǎn)技術部環(huán)保高級工程師高為飛清楚地記得，面對比原計劃提前一年完成的燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造緊迫任務，他們亟須升級除塵等污染物控制技術。

“我們一開始也是抱著試試看的心態(tài)，畢竟這項新技術以前從未在大型機組電廠中用過，效果如何我們也不確定。”作為現(xiàn)場負責人，高為飛告訴《中國科學報》，他們在4號機組（340兆瓦）上應用，并連續(xù)運行5個月后，經(jīng)江西省環(huán)保廳環(huán)境監(jiān)測中心站檢測，除塵效果超出預期，顆粒物排放濃度由原15.17mg/m3 降至1.7mg/m3，遠低于國家超低排放標準（10mg/m3）。

現(xiàn)場企業(yè)以及相關專家和技術人員都不敢相信這一結果，隨后又請了西安熱工院、中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會、清華大學等專業(yè)機構和專家們進行測試和技術鑒定，結果與此前如出一轍。

高為飛說，該技術一直運行到現(xiàn)在，其系統(tǒng)運行簡單，投資成本不高，依托于高校，可信度很高。

2001年的想法為何直到2016年才首次“開花結果”？張軍營感慨：“中間差點都做不下去了?！?/p>

從最開始提出“化學團聚”時因缺乏理論基礎而不被認可，只好先沉寂多年取得理論突破；到尋找團聚劑時如大海撈針長期無功而返；再到長達5年團隊未發(fā)表一篇相關高水平論文而被自己的博士生“拋棄”，以及因諸多專家學者對我國污染形勢的樂觀判斷，導致研究頗受質疑“差點”不被支持……

面對質疑和無果，張軍營很感謝“863”計劃、“973”計劃和國家自然科學基金等的長期立項支持，讓他能靜下心來，慢慢琢磨逐步推進。曾經(jīng)有段時間，盡管張軍營門下有20多名學生，但在團聚協(xié)同技術研發(fā)方面卻是“光桿司令”，而現(xiàn)在，越來越多的學生和年輕人愿意從事這項研究。

在張軍營看來，他堅守“碧水藍天”的使命未終，“PM2.5、脫硫廢水、三氧化硫以及重金屬和汞這五大污染問題并未得到完全解決。未來，我希望通過團聚、鈍化、磺化、凝并和氧化這一套控制理論實現(xiàn)五大污染物一體化解決”。

（編輯：逍遙客）

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