作為國家863計劃“高效厭氧生物反應(yīng)器研制與應(yīng)用”項目的負(fù)責(zé)人，王凱軍“超越”了師父。
雖然他很不贊成這個說法，但在“十五”期間，由他牽頭的這個項目產(chǎn)生的成果的確達(dá)到了國際先進(jìn)水平。在項目示范工程中，反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷，即每立方米容積每天處理的有機(jī)物達(dá)到了40公斤，超過了他的老師、厭氧（UASB）技術(shù)發(fā)明人G.lettingga的技術(shù)。
不可不爭的市場
厭氧，就是“討厭氧”。利用厭氧微生物讓含有有機(jī)污染物的污泥在不需要氧氣的情況下分解成甲烷、和二氧化碳和無機(jī)泥。這一技術(shù)的高端產(chǎn)品一直為國外所把持。
1996年，沈陽華潤雪花啤酒廠首次將荷蘭一家公司的IC誖反應(yīng)器技術(shù)引入國內(nèi)，用于啤酒廢水的處理，反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷達(dá)到25—30公斤，COD去除率穩(wěn)定在80%。
1997年，深圳金威啤酒廠首次引進(jìn)荷蘭Biothane公司的BIOBEDEGSB反應(yīng)器。其后，IC和EGSB反應(yīng)器在我國中高濃度廢水處理領(lǐng)域內(nèi)的市場應(yīng)用逐年增長。
國內(nèi)一些研究者還對生產(chǎn)性規(guī)模的EGSB反應(yīng)器的啟動與運(yùn)行特性進(jìn)行了研究，但是穩(wěn)定運(yùn)行的平均有機(jī)負(fù)荷僅在10公斤左右，與國際先進(jìn)水平尚有較大差距，無法獲得大規(guī)模的生產(chǎn)性應(yīng)用。
在Biothane、Paques等國外公司的高效厭氧反應(yīng)器在中國市場份額大規(guī)模擴(kuò)大的情形下，國內(nèi)只有濟(jì)南少數(shù)幾家公司在主要從事新一代高效厭氧反應(yīng)器的推廣應(yīng)用，同時也面臨著國外這些公司的強(qiáng)勢競爭。所以，研制和開發(fā)能夠適應(yīng)中國國情的、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高效厭氧反應(yīng)器，迫在眉睫。
鑒于此，“‘十五’期間，由北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院、清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系、西安交通大學(xué)和濟(jì)南的環(huán)保公司共同承擔(dān)了國家863計劃的‘高效厭氧生物反應(yīng)器研制與應(yīng)用’課題。課題于2003年1月正式立項啟動，歷經(jīng)3年，于2005年12月15日通過“863”專家組驗收。”王凱軍說。
三年打贏翻身仗
“我們當(dāng)時提出建立厭氧懸浮床反應(yīng)器的理論基礎(chǔ)，是考慮到國內(nèi)目前尚不具有足量高品質(zhì)顆粒污泥的現(xiàn)實。”王凱軍說，“課題組在懸浮床理論基礎(chǔ)上，以多種反應(yīng)器形式、多種顆粒污泥循環(huán)培養(yǎng)方式最終形成了厭氧懸浮顆粒污泥懸浮床，申請了發(fā)明專利。”
研究人員發(fā)現(xiàn)，實驗室規(guī)模的厭氧復(fù)合循環(huán)顆粒污泥懸浮床反應(yīng)器，在中溫(30℃—35℃)條件下，實現(xiàn)了懸浮床反應(yīng)器長期高效穩(wěn)定運(yùn)行，證實厭氧懸浮床反應(yīng)器的可行性，最高有機(jī)負(fù)荷達(dá)到40公斤以上，COD去除率保持在85%%左右。“我們還對懸浮床反應(yīng)器的功能和特性進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，考察了有機(jī)容積負(fù)荷、污泥負(fù)荷、水力負(fù)荷以及污泥活性對反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。”北京環(huán)境科學(xué)研究院工程師常麗春說。
同時，他們還發(fā)現(xiàn)，在實驗室條件下，當(dāng)溫度為10℃左右時，厭氧懸浮床反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷能夠基本穩(wěn)定在10公斤左右，對COD的去除率仍能保持在85%以上。“這一研究成果對于進(jìn)一步擴(kuò)大厭氧反應(yīng)器的應(yīng)用范圍和適用條件具有重要的實際意義。”常麗春說。
經(jīng)過三年的研究開發(fā)，課題研制和開發(fā)了厭氧復(fù)合循環(huán)顆粒污泥懸浮床反應(yīng)器和生物膜顆粒懸浮床反應(yīng)器，建立了厭氧顆粒污泥(生物膜顆粒)性能研究與評價指標(biāo)體系，開展了厭氧復(fù)合循環(huán)顆粒污泥懸浮床反應(yīng)器流態(tài)、動力學(xué)及動態(tài)模擬、反應(yīng)器功能擴(kuò)展等方面的研究，并進(jìn)行了應(yīng)用示范。課題在厭氧懸浮床理論、厭氧懸浮床反應(yīng)器流態(tài)、動力學(xué)、功能擴(kuò)展等方面取得了創(chuàng)新性成果，示范工程已運(yùn)行一年以上，厭氧懸浮床反應(yīng)器負(fù)荷穩(wěn)定在30—40公斤，最高負(fù)荷達(dá)52公斤，負(fù)荷指標(biāo)達(dá)國際厭氧生物反應(yīng)器先進(jìn)水平。
課題還申請國家發(fā)明專利5項，形成了高效厭氧生物反應(yīng)器的專業(yè)化研究隊伍，所取得的成果具有較良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
一個反應(yīng)器就是一個產(chǎn)業(yè)鏈
廢水的生物處理技術(shù)是我國水污染控制最主要的有效手段之一，高效厭氧反應(yīng)器特別適合于高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理，甚至可以有效處理某些含氮或含硫有機(jī)廢水。
該課題在充分分析和研究國內(nèi)外現(xiàn)有高效厭氧反應(yīng)器如UASB、EGSB、IC等的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工程化應(yīng)用的第三代高效厭氧生物反應(yīng)器──厭氧復(fù)合循環(huán)顆粒污泥懸浮床反應(yīng)器及厭氧復(fù)合循環(huán)懸浮床生物膜反應(yīng)器，使我國在新型厭氧生物反應(yīng)器領(lǐng)域內(nèi)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，滿足了我國大量中、高濃度有機(jī)廢水和生物難降解廢水處理的迫切需要。
據(jù)介紹，項目實施過程中，將通過技術(shù)進(jìn)步，積極參與市場競爭，逐漸提高市場份額，可望達(dá)到30%—50%以上的市場占有率，產(chǎn)值超過1億元，社會產(chǎn)值達(dá)到5—10億元/年。其中，新開發(fā)研制的產(chǎn)品的產(chǎn)值逐漸達(dá)到總產(chǎn)值的50%以上。
課題的實施推進(jìn)了顆粒污泥生產(chǎn)基地的建設(shè)。根據(jù)國內(nèi)厭氧反應(yīng)器的建設(shè)和分布情況，山東的諸城、濱州、沂水和成武等地形成產(chǎn)量為50000m3/年的顆粒污泥生產(chǎn)基地，可以覆蓋山東、河北、河南、江蘇等省市，形成產(chǎn)值為1000萬元/年。另外，以河北廊坊、秦皇島、沈陽和吉林等地的項目為基礎(chǔ)，具有年產(chǎn)35000m3/年生產(chǎn)能力的顆粒污泥生產(chǎn)基地，以及東北、河北地區(qū)另一個顆粒污泥基地，供應(yīng)河北、遼寧、吉林等省市和地區(qū)。而在南方則以海南和廣州等地的厭氧工程為基礎(chǔ)，建立一個30000m3/年的顆粒污泥生產(chǎn)基地，從而初步解決我國顆粒污泥床反應(yīng)器的發(fā)展基礎(chǔ)問題。
王凱軍說，厭氧生物處理技術(shù)在實現(xiàn)治污的同時，還能產(chǎn)生可再生能源沼氣，與好氧生物技術(shù)相比，其可以減少溫室氣體排放。厭氧生物處理技術(shù)應(yīng)用于處理工業(yè)高濃度廢水達(dá)標(biāo)排放和規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場污染治理，可以有效減少面源點(diǎn)源污染。厭氧生物處理技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工程，沼氣綜合利用減少農(nóng)藥和化肥20%%，降低農(nóng)藥殘留1個百分點(diǎn)。
■專項備忘
“水污染控制與治理工程”是“十五”期間經(jīng)國家科教領(lǐng)導(dǎo)小組批準(zhǔn)，科技部組織實施的國家12個重大科技專項之一。為保證重大專項實施好，在專項啟動時，在領(lǐng)域辦的領(lǐng)導(dǎo)和21世紀(jì)議程管理中心的組織配合下，專項總體專家組多次調(diào)研，從復(fù)雜的水環(huán)境問題中敏銳地抓住了國家在水污染治理中亟待解決的湖泊、城市水環(huán)境、飲用水、污水設(shè)備成套化以及物化與生物新技術(shù)等五大問題，明確的提出了專項在上述各方面將實現(xiàn)的目標(biāo)。同時充分考慮專項實施的綜合性和復(fù)雜性，提出了“研發(fā)先進(jìn)技術(shù)，支撐重大工程，創(chuàng)建運(yùn)作模式，帶動機(jī)制轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)跨越發(fā)展。”的總體思路。也正是在這一思路的指導(dǎo)下，總體專家組圍繞不同的研究內(nèi)容，設(shè)計不同的操作機(jī)制，比如應(yīng)用工程項目的業(yè)主制、城市水環(huán)境質(zhì)量改善的政府責(zé)任制、飲用水企業(yè)的創(chuàng)新主體作用制、污水設(shè)備巨型企業(yè)的成長制等，極大的調(diào)動了各方的積極性，產(chǎn)生了巨大反響，在環(huán)保領(lǐng)域充分體現(xiàn)了科技第一生產(chǎn)力的作用。
該專項共設(shè)立52項課題，1600多名科研單位的研究人員和來自50多家企業(yè)的工程技術(shù)人員全力投入到專項研究中，培養(yǎng)研究生113人。專項鼓勵企業(yè)要積極投入到科技的研發(fā)過程中，通過與科研人員的交流學(xué)習(xí)，努力提升企業(yè)的技術(shù)層次和技術(shù)水平，充實和提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，為企業(yè)真正成為技術(shù)創(chuàng)新主體打下堅實的基礎(chǔ)。
