破解技术瓶颈构筑恒久“民生工程” ——陕西环境科技创新扫描

太阳能耕水机

本报记者 陈艳 通讯员 杨峰

如果把环境保护称为民生工程，那么，环保科技创新作为环保事业发展的支撑和根本，就应当是更为恒久的民生工程。特别是在经济社会高度发展、各类环境要素互相交织的今天，离开环境科技创新，环境保护必将陷入困惑的境地。

近年来，省环境科学研究院作为陕西省环境科技领域的品牌，在省环保厅的正确领导下，以服务发展为己任，围绕制约经济社会发展和民生的重点项目展开技术攻关，破解环境制约瓶颈，取得了经济效益、社会效益和环境效益的“三赢”。其中，黄姜、兰炭清洁生产科技攻关，农村污水处理，“四业循环”等成果最为显著。

   清洁生产拯救兰炭

“兰炭好烧，火旺，没烟，以前我家一个冬天需要6吨无烟煤，现在用4吨多兰炭就够了，而且价格还便宜了好多，今后我们就用它。”在试烧神木兰炭后，北京市房山区安庄村村民黄起平激动地对记者说。

榆林是我国最大的兰炭生产基地，目前产能达7000万吨。兰炭是以榆林当地优质煤炭为原料，经干馏热解制成的优质清洁能源产品，具有高固定炭、高比电阻、特低灰、特低硫、特低磷等特点。兰炭燃烧时长与无烟煤相近，但其有效利用率远高于无烟煤，且残炭率是无烟煤的1/10。

然而，兰炭产业也经历了由最初污染到治理的发展之路。在2000年前后因装备水平差、技术水平低和污染严重等问题，不断地被整顿、不断地被叫停，但又不断地聚集发展，在其发展过程中环保科技发挥了重要作用。

2008年至今，省环境科学研究院联合陕北兰炭生产企业，开展了兰炭和金属镁生产污染源解析和清洁生产方案研究工作。这项研究以循环经济和清洁生产理论为指导，以资源再利用、污染减排和总量控制为基础，开展污染排放的减量、废弃物的再利用和废水、废气的再循环研究，形成兰炭及相关行业的污染综合治理与清洁生产技术体系。提出关小上大，等量淘汰，兰炭企业生产规模不小于60万吨/年的行业准入条件，制定了兰炭行业清洁生产标准，兰炭、荒煤气和焦油作为主副产品得以全部回收。

研究人员通过对兰炭行业进行再认识和重新定位，总体上解决了兰炭污染防治两大技术瓶颈问题。一是第一次比较系统地对兰炭和金属镁生产开展了污染源解析研究，查清了兰炭生产过程的污染来源、主要污染因子和污染物产排放情况。二是在源解析研究的基础上运用清洁生产思想，设计出了从源头消除污染的清洁生产方案。在兰炭剩余氨水治理、无组织排放控制、金属镁生产烟气脱硫等3个方面做出了有益的工作，提出了新的治理思路。

研究成果不但可以全部回收废弃物中的有价物质，提高资源利用率，而且从根本上消除废水、废气的污染，实现节能减排的目标。为解决兰炭生产的环境污染和资源浪费，为陕西省兰炭行业和金属镁行业的健康和可持续发展奠定基础，为环境决策和工业合理布局提供依据，成为在发展中解决环境问题的典型代表。

结果也表明：兰炭燃烧排放的一氧化碳、二氧化碳、PM2.5总颗粒物等指标接近优质无烟煤，部分指标优于无烟煤，完全可作为环保洁净煤进行推广应用。

去年冬天，兰炭开始作为治理雾霾的利器，首先向雾霾严重的京津冀进军以换取一片蓝天。以京津冀地区估算，每年民用煤约6000万吨，如果全部替换成兰炭，将减少向大气排放40万吨的二氧化硫和30万吨的氮氧化物。

据省工信厅测算，今年陕西省兰炭预计产量接近3000万吨，除去传统市场外，约有1200万吨作为清洁燃料，将逐步进入冶金、发电、供热及民用领域，替代传统燃煤和冶金焦。

  消除黄姜皂素污染之痛

以黄姜为原料提取药用皂素，是陕南地区上世纪90年代以来发展起来的新兴产业，甚至一度成为部分县的支柱性产业，被当地群众称为“药用黄金”。陕南三市一度种植面积超过百万亩，加工企业百余家，涉及农户50万户。

传统的皂素生产方式简单，先对黄姜进行破碎，然后加入硫酸水解，通过大量清水冲洗出水解物。一个家庭作坊，支一口大锅就可以生产。可是这样带来的污染是巨大的，生产一吨皂素要排放18吨到20吨硫酸，产生大量化学需氧量（COD），产生的酸性有机废水也很难处理。很多生产作坊就将酱油色的废水直接排入了河流。

解决这样的高污染是一个世界性难题：废水浓度高、酸性强、污染排放量超过皂素工业排放标准50倍以上，致使这一新兴产业“命运悲惨”。全国90%以上的生产企业被“叫停”，收购价格从每公斤3元狂降到0.4元也无人问津，当地农民谈“姜”色变，种植面积一路下滑。

在黄姜产业面临被“封杀”的危险关头，省环科院与中国环科院联合组成专家组，选择山阳金川封幸公司作为黄姜皂素清洁生产新工艺科研示范点。项目以减轻对汉丹江污染压力为目标，从黄姜提取皂素的水洗、破碎、发酵等全过程削减污染入手，针对传统生产高水耗、高用酸量、高有机污染物排放三大问题，遵照综合利用、循环经济、清洁生产的思路，经过上百次反复试验、科研攻关，建立了一套较为完整的黄姜200吨皂素水解物废水处理系统，工艺运行稳定，经济指标先进。

在金川公司上料车间里，记者看到，一侧是堆积如山的黄姜，另一侧传送带上，黄姜正在被送入滚筒进行清洗破碎。破碎后进入压力机，这是变废为宝的第一个“武器”。过去生产皂素为什么COD排放量大？因为黄姜中除了皂素，还有大量的淀粉和纤维，如果能在进行酸水解之前将淀粉提取出来，就能降低污染物排放。因此，研究出一种新的浓缩方式，对用过的酸进行浓缩、压滤，再进入生产线循环利用。

通过两种清洁生产新工艺，主要污染物COD减排超过90%，酸的消耗量下降80%以上，废水总排放量下降70%以上。同时，每生产一吨皂素可以回收淀粉4.5吨，增加了收益。

为了减少用水量，省环科院还研制和选用了洗涤和压滤一体化设备。过去的生产作坊里，需要用大量的水冲洗，生产一吨皂素，需要超过3000立方米的水。如今有了这个压滤机，洗涤水的用量减少70%以上。同时，配套建设废水处理设施，对废水处理采取分质排水分别预处理，尽可能地降低了处理药剂的消耗量，有效解决了皂素废水处理达标难、运行成本高的问题。

这项研究成果不仅破解了黄姜产业发展的瓶颈，实现了可持续发展，而且从根本上扭转了汉、丹江流域皂素生产污染的局面，对确保南水北调“一江清水送北京”具有十分重要的现实意义。

  “耕水机”：让乡镇污水处理成本下降60%

农村污水咋处理？针对农村不缺土地但缺资金的现状，宝鸡市眉县槐芽镇充分利用镇区得天独厚的天然湿地资源，以污水处理和生态景观相融合的理念打造了槐泉湿地公园，既处理了3个村庄、2个学校、1个镇区的污水，又给当地村民提供了一个环境优美的休闲场所。不仅如此，由省环科院利用太阳能研发的“耕水机”更是让污水处理的费用由常规的每吨0.8元左右下降到0.29元，降低63.8%。

据了解，所谓耕水机，是将农田耕土机械的工作原理成功运用到水体。耕水机状如风扇，由3片巨大的扇叶组成，通过扇叶转动，带动水体搅动，加强水体流动，并在好氧段采用间歇曝气的运行模式，减少能量消耗。据介绍，以前需要24小时开鼓风机进行微孔曝气来降解水中有机物，有了太阳能耕水机后，每天只需开6至8小时的鼓风机即可达到效果。电费也由原先每月1万元下降一半。目前，太阳能耕水机实现了无人值守，稳定运行。

除此之外，这里因地制宜，利用天然的人工湿地，将污水处理费用最优化。污水在进入湿地前，先在污水处理厂进行预处理。处理之后的污水含有丰富的氮磷元素，这些正是许多植物生长所需的。污水流经荷花、茭白、芦苇等植物时，污水中这些有机物就被吸收和过滤掉了。经检测，湿地建成后，年减少COD排放量109.5吨；年减少氨氮排放量14.6吨，出水水质达到《黄河流域（陕西段）污水综合排放标准》。

污水处理厂与自然湿地的有机结合，实现了自然资源开发、利用、保护的有机统一，创建了乡镇污水处理的新模式。现在，这里绿树成荫、鸟语花香，槐芽镇也成为远近闻名的生态镇。据附近村民介绍，以前这片树林里杂草丛生，生活垃圾遍地，没人愿意到这里来。现在这里搭建了木栈道、休闲亭子，周围的村民终于有了一个休闲的好去处。

  四业循环：减少了一半废水

田地里的秸秆、玉米芯让一旁的厂子收集起来栽培杏鲍菇，杏鲍菇废弃的菌糠又铺在旁边养牛场的牛舍里，形成生物发酵床。这种发酵床不仅能使原先牛舍中的恶臭减少一半，还能让奶牛身上不被排泄物弄脏，在挤奶过程中减少了用水量。不仅如此，混合了奶牛排泄物的菌糠又成为附近一家生物肥料厂的原料。就这样，从种植业到栽培业，再到养殖业，最后是加工业，形成了一个生态农业的“四业循环”链条。

这是记者在杨凌看到的农村畜禽养殖业污水低成本综合利用技术的成功实践。该技术是渭河水污染防治关键技术研究与示范项目中的一个，由省环科院提出。它以渭河关中段畜禽养殖污染为研究对象，通过以菌糠作垫料的生物发酵床养殖技术，利用废弃菌糠作发酵床垫料，保持牛粪尿及其肥分营养，制成生物有机肥料，形成生态农业循环经济的四业模式。经检测，菌糠能吸收5至10倍的尿液，还能吸收粪便中氮、磷等营养元素，其吸附转化率达200%。

在这家存栏500头的养牛基地应用该技术后，年处理废水量7500吨，减少废水排放量50%，污染物浓度降低70%，削减COD16吨，氨氮0.5吨，同时生产有机肥1万吨。这项技术解决了关中地区畜禽养殖污水COD、氨氮低成本总量削减和就地资源化利用问题，保障了陕西省渭河“三年变清”行动方案的顺利完成。

该技术不仅使养殖区污染物大幅削减，而且以单一干燥菌糠为垫料，价格低廉，降低垫料成本40%。另外，不需要发酵菌剂，降低运行成本60%。

该技术在实现社会效益的同时，还为厂家带来了可观的经济利益。奶牛场饲养员杜长全告诉记者，用了菌糠垫料，让厂子成本下降了75%左右。原来要建一个200万元左右的污水处理厂，现在不需要冲牛舍了，用水量也就小了，这样只用建一个成本50万元的污水处理厂就可以了。而且，随着奶牛变干净，得病率也下降了，平均每头牛产奶量比以前增加15%。

在附近的肥料厂，负责人告诉记者，他们的产品生物发酵床垫料生产的生物有机肥检验合格，含水率仅为2%，蛔虫卵死亡率高达97%，铅、砷、汞、铬等重金属远低于国家标准。经他们试验，用该肥料种出的一颗红薯苗可重达22斤，而一般的红薯苗则在六七斤左右。现在，他们的产品不但很快被附近的猕猴桃等种植户订走，还远销北京、甘肃、宁夏等地，原本的“垃圾”成了抢手的“香饽饽”。

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