[ 科研成果 ]

1. 陆钟武院士及同事生态工业研究的部分成果

        东北大学陆钟武院士近年来一直致力于工业生态学的理论研究和知识传播工作，他所领导的课题组已开展了一些卓有成效的研究。主要工作有：

•  国家自然科学基金项目：钢铁工业环境负荷评价体系的研究

•  中国工程院咨询项目：钢铁工业与绿色制造

•  国家 973 项目：钢铁企业生产过程与能量转换过程集成建模研究

•  宝山钢铁公司重大项目：系统节能理论的应用研究及其相关软件开发

•  唐山钢铁公司：唐钢系统节能及对策研究

•  长城铝业集团公司：系统节能理论在长铝氧化铝生产流程的应用研究

•  鲁北化工集团公司：提高鲁北化工资源利用率降低环境负荷途径的研究。

已发表的主要论文有：

•  Lu Zhongwu,CaiJiuju,Xie Anguo.The Influences of Materials Flows in Steel Manufacturing Process on Its Energy Intensity. Proceedings of International Conference on Technological Sciences 2000 ， Oct.11,2000,Beijing,China,New World Press

•  陆钟武，蔡九菊，于庆波 . 钢铁生产流程的物流对能耗的影响 , 金属学报， 2000 ， No ． 4

•  于庆波，陆钟武，蔡九菊 . 钢铁生产流程中物流对能耗影响的计算方法 , 金属学报， 2000 ， No ． 4

•  陆钟武 . 我国废钢资源的基础研究 , 金属学报， 2000 ， No ． 7

•  于庆波，陆钟武，蔡九菊 . 钢铁生产流程中物流对能耗影响的表格分析法 , 东北大学学报， 2001 ， No ． l

•  陆钟武 , 钢铁产品生命周期的铁流分析——关于铁排放量源头指标等问题的基础研究，金属学报， 2002 ， No.4

•  陆钟武，论钢铁工业的废钢资源，钢铁， 2002 ， NO.4

•  陆钟武，毛建素，穿越“环境高山”——论经济增长过程中环境负荷的上升和下降，中国工程科学， 2003 ， No.10

2001 年 10 月 8 日 ，陆钟武院士为进一步推进工业生态学在我国的研究，在沈阳主持召开了“工业与生态 2001 国际研讨会”，引起了国内外学者的广泛关注和高度评价。

2. 宋守志教授以资源与环境为中心开展的科研工作

(1) 取代以粘土为原料的制砖工艺，保护耕地，节土节能，开发建材替代原料

①马鞍山钢铁公司姑山铁矿每年剥落矿业废渣 440 万吨，且露天堆放累积达 1.5 亿吨，使该矿生产陷于困境。为此以该矿的废渣为原料，研发出新技术和工艺，经过实验室和中试实验，以百分之百的该废渣为原料，开发出高质量的（可达到一等砖水平）建筑空心砖。其成果通过了辽宁省科技厅组织的技术鉴定（辽科鉴字 [1999] 第 455 号），申请国家发明专利一项（申请号为 991007255 ）。与马钢公司继续合作实施产业化，共投资 2400 万元，建成了一座现代化空心砖厂，于 2000 年 9 月一次点火成功，实现年消耗 30 万吨矿渣，年产 6000 万块空心砖，新增岗位 200 人，新增产值一千余万元，取得了显著的经济和社会效益。

②鞍钢齐大山露天矿，上盘剥离物中有一部分是千枚岩，总计形成该岩种废弃物 7 亿吨。这一部分废石遇水分解形成泥浆，可使排土场大面积滑坡，影响矿山安全和生产。针对这一问题，在化学和物理分析基础上发现，千枚岩是优质建材原料，可制成高档的装饰瓦和空心砖。在禁止使用粘土制砖，广泛寻找新的替代建材原料的产业政策下，完成了用该矿废石制空心砖的基本实验，其结果表明：该矿千枚岩废渣不废，是亟待开发利用的上等建筑原料，在建材原料方面填补国内外空白。该成果受到鞍山矿业公司的高度重视，目前已投资 50 万元进行产业化研究。

(2) 以工业生态园为目标，建设无废、无污染的工业体系、示范工程

全世界每年约有 1.5 亿吨 SO2 进入大气， 1998 年我国当年排放到大气中的 SO2 已达到 2091 万吨，其中燃煤和煤矸石自燃排放的 SO2 占总量的 80% 以上，影响范围占国土面积 29% ，使我国成为全球三大酸雨区之首，对生态环境造成了极大的危害。

我国是产煤大国，每年排放煤矸石 3 亿吨左右，基本上露天堆放，且绝大部分未被开发利用，其中的 27% 为高硫煤矸石，综合利用困难。开发利用煤矸石替代粘土制造建材，每年可满足全国建材需求总量的 1/3 ，它是一项需要大力推广的节土节能技术，但瓶颈问题是高硫煤矸石释放的 SO2 严重污染大气环境。

改变传统的碱法制浆工艺，实施亚铵法制浆造纸创新工艺，可使造纸术面貌为之一新。是因我国是缺硫的国家，用单一模式生产亚硫酸铵，成本高，制约了造纸业的发展，致使中小纸厂沿用碱法制浆排放物严重污染生态环境。严格执行环保法规后，已关闭了中小纸厂 1.2 万家，全国纸浆生产能力损失 2/3 （国内原有制浆能力为 1800 万吨），致使我国 1999 年进口纸浆、纸和纸板近 1000 万吨。 2000 年国内消费纸产品 4000 万吨， 2010 年预计消费量将达 1 亿吨，现有国内生产能力为 1000 万吨，因此造纸业是朝阳工业，推广亚铵法制浆造纸新工艺，必将推动纸业发展，可使因污染环境而关闭的纸厂的数十万下岗纸业工人重新上岗，可盘活国有资产数百亿元。

根据“十五”规划，我国加大了农业结构调整步伐，计划使其中牧业产值达到 33% ，养殖业也将有一个大发展。但在退耕还草还林的同时，国务院要求山区的羊群一律圈养，以缓解对草被毁坏和过度放牧、加速土地沙化问题。产业结构调整与环保产生了新矛盾，但是用亚铵法制浆，其废液可以制成高效反刍动物饲料，每吨纸浆可以饲养 4 头牛或 8 只羊。因此推广新的亚铵法制浆造纸技术，可促进畜牧业产业结构调整。

(3) 在国家自然科学基金资助下，跨学科、跨院校与企业联合，针对上述深刻的应用背景进行了产业开发

其产业路线如 1 、经济效益如表 2 。该项目由沈阳博斯新技术开发公司牵头、香港华伟投资公司投资。经申报评估 , 已获得辽宁省科技厅批准 ( 辽计发 [2000]844 号 ) ，新增投资 2.9 亿，投资利润率 17.15% ，回收期为约 5 年。目前正筹备中试生产。

本项目提出的工业生态产业链示范系统工程，充分地利用二次资源，有效避免了环境污染，切实贯彻了可持续发展战略，其示范作用意义重大，经济和社会效益显著。

图 1

表 2 单位：万吨

3. 冶金资源与环境工程研究所的综合利用硼铁矿的“源头治理”研究

“八五”期间，东北大学承担的国家重点科技攻关项目“硼铁矿高炉分离生产含硼生铁及富硼渣技术”通过了鉴定和国家验收，提出了综合开发利用硼铁矿资源的火法分离新工艺（如图）。该工艺体现了硼、铁、镁等资源充分综合利用和可持续发展，是一条以工业生态学为指导思想的与环境友好的清洁生产工艺流程。 该方案具有如下的先进性：

(1) 最大限度地提供了可用硼资源，满足了硼化工行业的需求。对低品位硼铁矿采用无抛尾选矿技术进行第一次选矿分离，得到硼精矿和含硼铁精矿，铁回收率 89.51% 、硼回收率 47.03% ，两种产品硼的总回收率 83% 左右。含硼铁精矿因含硼较低，不能直接作提硼原料。采用高炉进行第二次分离后，得到了含硼生铁，硼回收率为 10 一 15% 和富硼渣（ B 2 0 3 为 12 － 13% ，回收率为 8 5 － 9 0% ，两种产品的硼回收率近 100% 。两次分离得到的硼精矿和富硼渣中硼的品位达到或超过了化工部规定的（品位 12% ）标准矿水平，既能生产硼砂又能生产硼酸，为硼化工产业提供了充足的可用资源。（硼铁矿资源综合利用流程图如下所示）

(2) 该提硼工艺流程简短，硼回收率高。火法分离技术方案由三部分组成，原料处理（选矿和造块）、高炉铁硼分离、硼精矿和富硼渣直接生产硼砂和硼酸。生产硼砂过程中硼的总回收率达 6 0% ，生产硼酸达 7 0% 。

(3) 2.83 亿吨的硼铁矿经高炉分离，近 1 亿吨的铁以含硼生铁形式开发出来。含硼生铁是利用我国丰产的硼铁矿资源，开发出的一种国内外没有的抗（耐）磨材料，属于我国自主知识产权的专利产品。用含硼生铁代替硼铁合金作抗（耐）磨材料可节省能源，提高硼回收率达 2 个百分点，成本低，有望用含硼抗（耐）磨铸铁代替镍、铬系等抗（耐）磨材料，形成了我国独立自主知识产权的抗（耐）磨材料体系。

(4) 提高富硼渣活性技术。硼铁矿高炉分离得到的富硼渣中 TFe ＜ 1% ，证明铁硼分离效果好。根据高炉分离得到熔态富硼渣的有利条件以及富硼渣中氧化物组成的特点，本技术采用熔态富硼渣缓冷技术，成功地获得了活性较高的硼酸镁晶体物质，其活性达到了 75 － 80% ，为工业提硼创造了必要条件。以富硼渣为原料一步法生产硼酸，酸解率达 97% ，硼回收率达 80% 。在得到合格硼酸的同时，还得到了 4 倍于硼酸的一水硫酸镁，这使赋存在矿石中的镁得到了部分利用。用富硼渣为原料，采用碳碱法生产硼砂，得到了合格硼砂，硼回收率达 70% 。

(5) 从含铀低品位硼铁矿中开发出的硼砂、硼酸、含硼生铁中，铀含量均小于 lppm ，排放的废水中铀含量小于 0.05mg ／升，硼泥中铀放射性比强度低于国家规定的环保标准。该工艺不污染环境，不污染产品。

该工艺通过了专家鉴定和国家验收，专家们认为该工艺的开发是成功的，为开发硼铁矿开辟了一条新途径，具有显著的经济和社会效益，属国内外首创，国际领先水平。

4. 胡筱敏教授及环保中心的有关环保领域的研究

(1) 奖励情况

① “化学助滤剂的基础研究”， 1998 年获辽宁省教育委员会科技进步二等奖；

② “新型过滤介质的研究”， 1999 年 5 月通过国家冶金工业局鉴定， 2000 年获辽宁省发明创造二等奖；

③“涂层过滤材料及其制造方法”， 获中国发明专利，编号： 99113143.6

(2) 学术论文

•  The Use of Compound Filter Cloth in High Pressure Filtration of Minneral Slurries,8th World Filtration Congress, Brighton ,2000.4

•  Investigation on the State of Water in Flocculated Filter Cake,Separation Science and Technology, 1996.7( 被 EI 和 SCI 收录 )

•  Fractal Characteristics of Flocculated Filter Cake Structure, 7th World Filtration Congress, Budapest, 1996.5( 被 ISTP 收录 )

•  Character of a Compound Filter Media and Its Filtration Action, 7th World Filtration Congress, Budapest, 1996.5( 被 ISTP 收录 )

•  Determining Thickener's Unit Areas and Underflow Concentration,Transactions of Nonferrous Metals Society of China,1996.2( 被 EI 收录 )

•  Characters of Sedimentation of Flocculated and Coagulated Suspension, Transactions of Nonferrous Metals Society of China,1996.2( 被 EI 收录 )

•  The Use of Polypropylene Fiber Needlefelt in the Filtration of Mineral Slurries, Filtration & Separation, No 4 1995.4 ( 被 SCI 收录 )

•  离心力作用下的油一水分离，金属矿山， 2001.2

•  一株芽抱杆菌所产絮凝剂的研究，环境科学研究， 2001.1

•  微生物絮凝剂的培养条件及其絮凝特性，东北大学学报， 1999.10,Vol ： 20

•  高效微生絮凝剂处理淀粉废水的研究，工业水处理， 1999.10

•  机织滤布的堵塞及单丝滤布的开发应用，过滤与分离， 1999.5

•  寄生曲霉产生絮凝剂的培养条件及其絮凝特性，应用与环境生物学报， 1998.9

•  酱油曲霉絮凝特性的研究，中国有色金属学报（增刊）， 1998.8

•  寄生曲霉絮凝特性的研究，中国有色金属学报（增利）， 1998.8

•  机织过滤介质透过度和阻力分布模型的实例计算，化工机械， 1998.6

•  机织过滤介质污染机理的研究，流体机械， 1998.3

•  表层过滤介质孔径的研究，粉体技术（特刊）， 1997.6

•  微孔过滤介质的进展，过滤与分离， 1997.2

•  机织布与无纺布过滤性能探讨，中国有色金属学报，增刊 2 ， 1996.10

•  大分子表面活性剂的助滤行为与机理，矿冶， NO.1 ， 1996.3 （被 CA 收录）

•  机织滤布及其对过滤的影响，中国纺织技术， NO ． 6 1995.4

•  过滤介质的研究及其进展，过滤与分离， NO ． 4 1995.4

•  表面活性剂助滤机理，有色金属（季刊） 1995.5 （被 CA 收录）

(3) 著作

《固液分离》，冶金工业出版社 1997. 3

《环保公务员必读》，辽宁大学出版社 1998.12

《化学助滤剂》，冶金工业出版社 1999.3

《环境总论》，东北大学出版社 2000.4

(4) 科研情况

•  用微生物强化固液分离的研究，国家自然科学基金

•  新型过滤介质的研究，国家“九五攻关”项目

•  微生物絮凝剂的研究，辽宁省自然科学基金

•  大分子表面活性剂型助滤剂的开发，辽 宁省 博士起动基金

•  用于液体过滤的新型过滤介质的开发，辽宁省科委

•  新型复合材料过滤介质的研究

•  天津钢厂小方坯连铸机冷却水的除藻净化

•  化学絮凝及凝聚浆体的过滤机理，国家自然科学基金

•  生物流化床处理钢厂循环冷却水，冶金部基础研究基金

•  过滤介质的阻塞机理及防治，国家自然科学基金

•  寒带生活小区生活污水一体化处理装置，沈阳市科委

•  辽宁省精细化工总厂 360 立方米 ／天废水治理工程

•  沈阳市第四人民医院污水治理工程

•  中国沈阳环保产业网络的开发，沈阳市科委

•  沈阳经济技术开发区环境影响评价系统软件

5. 国家工业自动化工程中心的城市污水处理生产过程综合自动化系统

该污水处理综合自动化系统适用于工业污水和城市生活污水处理。

我国水资源污染严重，大部分污水未经处理直接排入收纳水体，造成水源特别是地表水资源污染。因此，迫切需要建设城市污水处理厂。但污水的净化处理过程愈加复杂，操作控制愈加严格；且污水处理过程具有多输入、多输出、强耦合、强非线性，难于用数学模型来描述的特点。同时，不能在线测量标志污水处理排放标准的关键水质参数 : 生物需氧量（ BOD ）、化学需氧量（ COD ），手动操作难以达到要求。为了使污水处理过程实现现代化控制、优化运行和管理，保证污水处理过程的稳定、可靠运行和优良的出水水质，同时降低电耗、药耗和人工成本，以实现污水处理的持续和经济运行，该中心研发了下列污水处理控制技术。

(1) 以财务管理为中心、成本控制为主线的污水处理厂管理与控制一体化的综合自动化技术；

(2) 污水处理过程的 EIC 一体化，基于现场总线的分布式计算机控制系统设计技术；

(3) 符合污水处理工艺要求、基于生产目标的污水处理过程的优化设定控制方法，特别是污水浊度、 PH 值、流量、药剂投放量等回路设定值与反映水质的 BOD 、 COD 参数之间的预报模型；

(4) 利用场景和实景图像、生产数据以及工艺参数运行曲线，形成集污水处理生产过程的故障诊断、运行操作指导为一体的多媒体监控技术；

(5) 实现无法在线测量的污水处理主要水质参数 BOD 、 COD 的软测量与在线推理技术；

(6) 实现污水处理主要设备：隔栅机、污水提升泵站以及砂水分离机组等的专用智能控制技术。

目前，污水处理生产过程综合自动化系统已被成功地用于沈阳南部污水处理示范厂，日处理城市生活及工业污水 10 万吨。本系统安全可靠运行已达一年，使每吨污水处理成本下降到 0.29 元。该项目通过了国家城市建设部、辽宁省建设厅和沈阳市科委、计委、环保局等单位组织的工程验收。与会专家认为，沈阳南部污水处理示范厂自动化系统处于国际先进水平。

6.有关水处理的相关成果

(1) 科研成果

•  铁法矿务局小青矿选煤厂煤泥水治理方案试验研究

•  本溪市化工厂工业污水治理工程设计

•  大隆矿煤泥水治理试验工程设计

•  本溪市淀粉厂废水治理工程设计

•  晓明矿煤泥水治理试验工程

•  锦州铁合金厂废水治理试验

•  锦州铁合金厂废水处理工程初步设计

•  机电总厂东部污水治理工程技术咨询

•  小青矿煤泥水治理第二期工程设计

•  林盛矿矿井水治理

•  煤气发生炉污水治理

•  高效缓蚀阻垢剂生产开发

•  燕山石化 30 万吨乙烯扩建工程污水净化厂曝气机 9m 分段长轴系统的设计

•  辽宁省城市改造办重大项目大连马拉河污水处理厂设备标竞标，（标价为 1153 万美元）

•  内螺旋污水提升泵的设计

(2) 获奖情况

•  小青矿选煤厂煤泥水治理方案试验研究，辽宁教委科技进步二等奖

•  高泥质煤泥水治理，辽宁省教委科技进步二等奖

•  煤泥水治理，沈阳市创造发明成果实施功绩奖

(3) 学术论文

•  PMA 与电石渣联用治理煤泥水，东北大学学报

•  铁法矿务局煤泥水过滤性能的研究，东北大学学报

•  吸附胶体浮选法处理电解钴废水，环境工程

•  煤泥水动电电位测定及应用，水处理技术

•  PAM 与 CaC 12 联用治理煤泥水，煤矿环境保护

•  采用板框压滤机处理小青矿煤泥水的半工业性试验，煤矿环境

•  PAM 与石灰联用治理煤泥水，环境工程

•  小青矿煤泥水治理的试验研究，选煤技术

•  采用带式压滤机处理小青矿煤泥水的半工业性试验，煤矿环境

7. 相关的生物处理技术和成果

(1) 科研成果

•  有色金属矿山与冶炼废水的微生物处理，辽宁省科技厅

•  黄金工业含氰废水的微生物降解处理，中国黄金总公司

•  辽河油田含油废水的絮凝与生物处理研究，辽河油田

•  赵家沟垃圾场渗滤液处理，沈阳市环保局

•  含氰污水中微生物的降解， 1998 年辽宁省科技厅鉴定

•  生活用水净化处理的膜生物反应器研制， 2001 年辽宁省科技厅鉴定

•  垃圾渗滤液絮凝—混凝处理

•  污水地下回灌深度处理技术

•  石油污染土壤微生物治理的可能性研究，辽 宁省 博士起动基金

•  石油污染土壤的微生物治理研究，辽宁省国际合作研究项目

•  应用生物技术治理石油污染土壤的机理研究，辽宁省自然科学基金

•  煤炭脱硫过程中微生物预处理的作用，教育部高等学校骨干教师资助计划项目

•  甲壳质在冶金废水治理方面的应用研究，辽宁省科技厅

•  甲壳质处理含铀废水，辽宁省科技厅

•  化学法除铀，八五科技攻关于课题

•  壳聚糖树脂吸附贵金属的动力学，冶金部优秀青年基金

(2) 学术论文

•  硫化物的细菌氧化机理研究，地质学报

•  含金黄铁矿的细菌氧化，黄金

•  黄金工业含氰污水细菌降解研究，黄金学报

•  针铁矿与腐殖质对重金属吸附作用研究，安全与环境学报

•  脱除 SO 2 气体的新型矿物材料研制，岩石矿物学报

•  微生物对铁矿物形成作用，岩石矿物学报

•  用微生物治理辽河油田石油污染土壤的可行性研究，辽宁省第二届青年学术年会论文集

•  H 2 O 2 在石油污染土壤微生物治理过程中的作用，中国环境科学（被美国 CA 收录）

•  表面活性剂对石油污染物生物降解的影响，东北大学学报

•  土壤微生物处理石油污染的研究，环境科学进展

•  除油细菌对石油污染土壤中石油烃降解能力的比较，有色金属

•  燃煤微生物法脱硫研究及应用前景，中国电力

•  燃煤微生物预处理浮选脱硫的影响因素，安全与环境学报

•  甲壳质及其衍生物在冶金废水处理和稀贵金属回收方面的应用研究，首届辽宁省青年科学学术年会（获优秀论文一等奖）

•  壳聚糖絮凝剂处理含镉废水的研究，稀有金属与硬质合金

•  壳聚糖絮凝去处水中汞的研究，东北大学学报（ CA 收录）

•  戊二醛一壳聚糖树脂对铂（Ⅱ）的吸附性能，有色金属（ CA 收录）

•  壳聚糖一戊二醛树脂对金（Ⅲ）的吸附及动力学研究，有色金属（ CA 收录）

•  壳聚糖絮凝处理水中汞（Ⅱ），第二届辽宁省青年科学学术年会（获优秀论文二等奖）

•  壳聚糖絮凝剂去除水中镉的研究，东北大学学报

•  氧化铝工业絮凝剂的研究，轻金属