不是每个中试都能一炮打响

2021年底广东省环境保护产业协会召开“双碳引领，湾区赋能！广东省环保产业高质量发展论坛”，邀请了几位专家给大家作技术报告，在这个会议上，我介绍了低碳节能的生物脱氮技术，并结合我们已完成的工程情况，给大家介绍了几个工程实例。

会议结束后聚餐，我被邀请到主桌，桌上协会的原会长与新会长都对我介绍的技术表现出浓厚的兴趣。协会原会长希望我将一些技术介绍材料准备好，他们方便时会帮助我们进行宣传。新会长是企业家，公司目前运行了多家电镀工业园与纺织工业园废水处理。他告诉我，他们有一座电镀工业园的废水处理厂，为了脱除水中的氮污染，每年的碳源投加费用高达1400万元，若能将厌氧氨氧化技术应用于他们的废水处理，不仅能帮他们节省大量的运行成本，同时也可以大幅减少二氧化碳的排放。当天，他们公司的总工也在现场，很快将总工叫过来，让我们探讨在他们工业园废水处理厂应用这个新技术的可行性。

总工对废水厂的水质情况是相当熟悉的，这个工业园的废水处理厂，水量较大，每天差不多有1万吨，经过前处理，最后的综合废水氨氮还有80 ~ 120mg/L，COD值也有200~300mg/L，且这COD有不少是难生物降解的COD。这样，用常规的硝化反硝化脱氮工艺，就必须投加大量碳源，才能达到脱氮的处理目标与效果。

在生物脱氮领域，最低碳节能的生物脱氮方法是厌氧氨氧化，相对于常规的硝化反硝化脱氮，它能节省65%的曝气能耗，100%的碳源投加，还有污泥量少等诸多优点，目前该工艺正成为具有环境工程研发能力的各大高校及研究所争相研究开发应用的新技术。目前对于高浓度氨氮废水，特别是氨氮浓度高于200mg/L的废水，厌氧氨氧化工艺已得到大规模工程化应用，我们已完成了多项工程项目，国内也有其它单位能承担相应的工程。但对于低浓度氨氮废水，特别是浓度低于120mg/L的氨氮废水，由于氨氮浓度低，难以对亚硝酸盐氧化菌形成抑制作用，厌氧氨氧化所需要的反应中间体亚硝酸很容易被亚硝酸盐氧化菌氧化为硝酸根，从而使厌氧氨氧化过程失效，成为水处理界的难题，鲜见低浓度氨氮稳定亚硝化与厌氧氨氧化的工程化应用报导。

这项目并不是我们相像中的可以立即使用我们成熟处理高浓度氨氮厌氧氨氧化工艺，而必须要经过小试，中试的试验过程。很快，我们达成了协议，由企业支付华南理工大学3万元，在我们实验室做小试，试探我们目前全力以赴开发的中低浓度氨氮稳定亚硝化-厌氧氨氧化应用于这种废水的可行性。实验室的小试进展很快，2周内拿到漂亮的实验报告，该方法完全可行。接着，我们就商讨，在工业园废水处理厂现场，设计建设一座每天处理15吨废水的中试装置，进一步验证该工艺的可靠性。

合同签订后，立即将实验室的小试装置进行放大，并将中试设备运到现场进行安装。实验现场离广州有300多公里，来回一趟差不多一整天，中试安装及实验期间，我也只去现场二次，但几乎每天都与一线的研究生线上进行沟通。刚开始实验结果还行，但很快，由于工厂的实际废水，在前处理过程中为了降低废水处理成本，中和过程中投加了大量的石灰，使废水结垢倾向非常明显，现场中试装置往往因为生化反应器中结垢，而大幅降低预期处理效率，不容易稳定达到我们规定的设计要求。往往是好不容易一天达标了，接着就是几天不达标。这种状态，一直维持了1个多月。

                   原实验装置图

该到了项目何去何从决策的时候：继续做下去，寻找相对比较好的水质，达到过关标准，要求甲方支付开始进入达标连续运行的进度款，然后再将项目不了了之，还是先停止中试，想出问题的解决方法，再重新启动它。若用前者，我们不一定能收到进度款，但至少在设备上不用再花钱，有可能影响自己的声誉。用后者，我们要更换中试设备，这新设备的造价将大于进度款，从经济上讲，我们有可能会有所损失，若能成功，则不仅赢得客户的信任，更有可能以此为契机将开发的技术真正推向市场。无疑我们选择了后者，我主动给甲方的总工打电话，讲述了目前中试碰到的瓶颈，我们准备先将装置停下来，寻找更好的解决方案再重新启动。

在这段时间我们没有闲着，在学校实验室做各种小试探索，找到一个好的方法后，我们先做了一个小型中试，拿到广州市的一个生活污水处理的中试现场进行现场试验，广州的中试取得非常好的效果。再联系总工，总工讲，他们的老板都讲了，既然是中试，还是试验，就有失败的可能。我告诉他，我们要将部分原来的部分中试设备拆除，更换新的装置，重新启动。我知道这样做，新装置及安装等费用，远远大于项目进度款，但我们必须这样做，信誉是钱买不来的，完美的中试结果更重要。

新装置经重新安装，调试好后，就显示出优异的性能，且工作稳定，完全达到中试的设计要求，我们能成功地解决了有结垢倾向，且水质有波动的中低浓度氨氮废水稳定亚硝化—厌氧氨氧化的水处理难题。

                                    改造后实验装置图

我将这连续数天的实验结果提前晒到我这篇博文上，更长时间的实验数据，留给我的研究生写正规论文发表，他们要等文章发表才能进入毕业程序，他们顺利毕业更重要。

中试的目的就是为了应用，中试的结果不仅能评估出新工艺的可行性，还要评估新工艺的稳定性及运行维护成本。从目前的情况看，该工艺具备了做进一步大规模工程化应用测试的条件。将废水处理站日处理1万吨的处理系统全部改为新工艺吗？我想还不行，一般工程化放大，最好是中试的50倍，我们争取将旧工艺的一条处理线，处理能力每天在500~1500吨系统改造为一个工程化应用验证系统。当年臭氧-曝气生物滤池工艺，2005年我们在学校实验室完成了小试，2007年开始到广东溢达纺织有限公司做现场中试，中试的规模从每小时20升，扩大到每小时5吨的中试，然后，于2010年建设日处理5000吨的工程化应用验证，到2012年开始建设日处理2.5万吨，将所有工厂废水深度处理都采用臭氧-曝气生物滤池工艺工程，该过程从申请专利到大规模工程化应用，也走了差不多7年时间。

搞技术开发不可能一蹴而就，都是一个需要数年，甚至数十年的长周期过程， 人生苦短，高效黄金的职业生涯更短。想压缩这应用开发周期并不容易，但要珍惜每次新技术走向应用的机会，更何况很多时候这样的机会转瞬即逝。