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  • 致敬高校的科研工作者

    来源:中国教育报 2020.1.11 2020-01-16 10:36:50 点击:162 赞美:3




    陈克复(中)与团队成员在实验室讨论问题。资料图片


    周绪红院士(左一)在重庆大学结构工程实验室指导学生。 (重庆大学宣传部供图)

    绿色造纸护绿水青山
    ——访2019年度国家科技进步奖一等奖获得者陈克复团队
    通讯员 邹浩 张征 黎鉴远 本报记者 刘盾

        过去,废水量大、污染物难处理等问题,长期困扰着我国制浆造纸行业。中国工程院院士、华南理工大学教授陈克复带领团队与行业龙头企业合作,以企业创新为主体,着力研发制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制技术,助推我国造纸行业转型升级,走上了绿色发展道路。用“科创星火”推动造纸业“老树发新芽、开新花、结新果”,陈克复团队的研究成果为降低造纸行业水污染、大幅度减少污染物排放作出了突出贡献,推动了我国造纸业快速健康发展。近日,该团队研发的制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制关键技术及产业化项目,获得2019年度国家科技进步奖一等奖。

    向造纸行业“拦路虎”宣战

        中国是造纸术的诞生地,然而,当代的中国造纸行业却曾长期陷入大而不强的困境,部分关键指标落后于发达国家。

        “造纸术发明已有近2000年了,当初蔡伦发明的制浆造纸方法包括9个步骤,最终将纤维原料做成纸。”陈克复说,虽然生产过程逐渐实现了机械化、自动化,但仅仅在前些年,我国的造纸基本工艺过程还是跟2000年前差不多。

        “传统造纸方法有着高污染、高耗能的问题。污染、耗水、耗能这三只‘拦路虎’,曾长期制约着我国造纸行业实现高质量发展。”陈克复举例说,2011年我国纸和纸板产量达近一亿吨,居世界第一。但造纸业废水和COD(化学需氧量)排放量,分别占全国工业排放总量的1/5和1/4,高居榜首。

        造出白纸却污染了水,造纸业戴上了“污染大户”的帽子。国家曾多次专项整治造纸这一重点排污行业,要求严控废水和COD排放量。怎样既造出纸又守护好绿水青山?这是陈克复一直在思考的问题。

        作为我国造纸领域首位工程院院士,陈克复决定带领团队攻克这道产业难题,向“拦路虎”宣战。

    帮造纸企业“增产不增污”

        自2006年起,山东太阳纸业就和陈克复团队建立了长期合作关系,双方共建太阳纸业院士工作站。自此,该公司科技研发驶上了“快车道”。2018年,太阳纸业营业总收入迈过500亿元门槛,浆纸产量631万吨,冲进世界造纸业20强。在新技术加持下,太阳纸业的发展正实现从量的增长转向质的提升。事实上,这只是陈克复团队努力推动产学研用一体化,将科研成果转化为企业创新发展“利器”的缩影。

        过去,造纸企业的溶解浆生产都是以间歇工艺为主。该工艺不但污染负荷大,还存在原料消耗多、产品质量不稳定、运行成本高等问题。连续水解蒸煮技术让诸多问题迎刃而解,但原来一直停留在论文研究阶段。

        十年磨一剑。陈克复团队基于多年的工程实践经验,研发出了纤维原料组分连续分离技术,并接连攻克化学浆连续蒸煮置换脱木素技术、化机浆废水资源化处理技术、废纸制浆近中性脱墨技术等10项关键技术,以及11项支撑技术。这些技术转化出10多项成果,形成5套先进可靠的集成技术。这5套集成技术覆盖化机浆、化学浆、废纸浆和造纸等所有主要工艺过程,成为中国造纸业清洁生产和水污染全过程控制的重要技术支撑。

        为使科研成果实现充分转化,陈克复团队尤其注重产学研结合。他们借助院士工作站、博士后科研工作站等创新平台,促进科技成果转化应用,推动造纸行业从产能落后、污水横流的传统行业,蝶变为绿色环保、技术密集的朝阳产业。

    摘掉造纸业“污染大户”帽子

        15万吨废纸脱墨制浆生产线和造纸生产线提标改造工程完成后,山东华泰纸业PM10号生产线实现了华丽转身。与改造前相比,该生产线脱墨制浆、造纸过程的水循环利用率均达到90%以上,年废水、COD年排放量分别降低31.5万立方米和884吨,这样的进步得益于陈克复团队的技术支持。

        如何让造纸业摘掉“污染大户”帽子?陈克复团队想方设法,减少废水产生量、对水污染物进行资源化利用。

        化学机械法制浆废水由于COD浓度高、污染负荷重,运用常规方法处理难以达标。陈克复团队创新性地应用机械蒸汽再压缩蒸发技术,对这种废水进行预蒸发,将其进一步浓缩后,即可在碱回收系统进行燃烧处理。目前,该技术已在山东太阳纸业应用,属全世界首例。

        在制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制这个研究领域,陈克复团队拥有的授权发明专利达30件,团队技术成果还被列入国家水专项标志性成果。更重要的是,项目技术已全部入选《制浆造纸行业污染防治可行技术指南(2018)》,作为行业推荐的先进技术在全国范围内推广。

        现在,我国造纸行业废水与COD排放总量比2011年分别下降38.2%、55%,废水和COD排放量已低于多个重点污染行业。

        目前,陈克复团队的技术成果已惠及众多制浆造纸企业。近3年,应用项目技术成果化学浆、化机浆、废纸生产新闻纸的产量约占全国产量的38%、12%和23%。

        本报广州1月10日电

    给未来高层建筑奠基

    ——访2019年度国家科技进步奖一等奖获得者周绪红团队

    本报记者 董鲁皖龙

        1月10日,2019年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重召开,重庆大学“高层钢—混凝土混合结构的理论、技术与工程应用”项目荣获国家科技进步奖一等奖。

        “高层建筑发展是国家经济实力和建筑技术水平的重要标志,地标性高层建筑是一座现代化城市的名片。我国人口众多,土地资源匮乏,城镇化进程快,发展高层建筑是必然趋势。”团队负责人、中国工程院院士、重庆大学教授周绪红说,团队研发的高层钢—混凝土混合结构兼顾了钢结构和混凝土结构的优势,既符合我国国情,又具有鲜明特色。

    向高层建筑的三大挑战进攻

        随着我国经济快速发展,城镇化加速推进,城市地标性建筑正向更高和更大跨度方向发展,绿色化也是必然的发展方向。然而,当前我国高层建筑主要采用的是钢筋混凝土结构和钢结构。传统的钢筋混凝土结构资源和能源消耗大,施工过程中环境污染也很严重,人工投入大,施工效率低,用于建造高度在100米的建筑时抗震安全性不足。钢结构虽然能解决钢筋混凝土结构存在的问题,但是目前成本过高,很难大规模采用。

        “我们的研究成果主要解决了当前我国高层建筑面临的体系、理论和技术三大挑战。”周绪红说,具体说这三大挑战包括结构体系难以满足超高层复杂建筑的需求,关键基础理论研究滞后导的高效分析方法与设计理论缺失,绿色建造技术落后导致的施工效率低和环境问题。

        周绪红介绍,针对这三大挑战,自己和团队梳理出若干关键技术问题和难点进行攻关,提出了四种新型结构体系,形成了系统的高层建筑结构体系解决方案。

        四种结构体系包括支撑巨型框架—核心筒体系、钢管约束混凝土结构体系、交错桁架结构体系、钢管混凝土异形柱框架体系,分别适用于高度在300—800米间的地标性建筑(如600米高的深圳平安金融中心),高度在100—300米间的建筑(如245米高的青岛海天大酒店新楼),高度在100米以下公共建筑(学校、医院、办公、大空间住宅等)以及高度在100米以下的住宅,基本涵盖了目前各种高层建筑的高度和使用功能。

        “与传统钢筋混凝土结构相比,此项技术建造同样的高层建筑可节省40%—50%的混凝土,而综合成本基本持平。与传统的钢结构相比,可节省30%—40%的钢材,综合成本降低约30%。此外,这项技术充分利用了混凝土和钢材两种材料各自的优势,兼具传统的钢筋混凝土结构和钢结构各自的优势,经济效益和社会效益很好。”周绪红说。

    苦战拿下科学路上险阻

        读大学时,周绪红就为自己立下了“攻城不怕坚,攻书莫畏难。科学有险阻,苦战能过关”的座右铭。项目研发的过程,他和团队着实经历了诸多苦战,周绪红说,自己最难忘的是“混合结构基于一致倒塌风险的抗震设计理论”的攻关过程。

        “以往设计高层混合结构,要么套用钢筋混凝土的技术标准,要么套用钢结构的技术标准,但是套用这些标准搞混合结构设计没有确切的理论依据,同时也将完全丧失混合结构的经济性优势。”周绪红介绍,经过多年探索,他带领的团队形成了这样一个认识:建筑的安全设计目标就是在罕遇地震到来的时候,结构不倒塌,保证居民的生命安全。那么,设计之初只需要以罕遇地震作用下混合结构的安全作为目标,让混合结构的抗震安全指标与传统的结构一样甚至更高就行,而不需要在具体的结构形式上与传统结构一样,也不需要套用传统的钢筋混凝土或者钢结构的技术标准。“基于这个理念,我们经过多年的理论分析、数值模拟、试验研究、工程示范、提出了‘混合结构基于倒塌一致风险的抗震设计理论’,并编制了相关技术标准,从而解决了混合结构抗震设计方面的技术障碍。”周绪红说。

        基于这项技术,可建造体量更大、能满足更多样设计方案的建筑,在不需大幅度增加投资的前提下充分保障建筑的安全性,丰富城市的建筑景观,助力以工业化、信息化、智能化为特征的绿色建筑发展。目前,相关成果已被10余部标准采用,应用于30多个国家的300余项工程。

        “搞科研,最重要的是责任心和持之以恒地投入”

        搞土木工程专业苦,这是大家公认的。20多年的科研攻关,大量的模型试验、理论研究、数值模拟、设计理论与方法研究,其中的辛苦自不待言。使周绪红一直对工作充满热情的,是他“对生活乐观,对治学严谨,对工作认真,对事业有激情”的人生观。

        “我是恢复高考后的第一届大学生,我们那个年代都崇尚雷锋精神,要求自己‘干一行爱一行’和‘党叫干啥就干啥’,从来没想过一定要做什么类型的工作。”周绪红说,我对知识的渴求和强烈的好奇心是慢慢培养出来的,而搞好科研工作,最重要的还是责任心和持之以恒地投入。

        正如他不久前在一次会议上,结合自己的科研经历与青年科学工作者分享的6点体会:苦练内功,夯实基础;明确方向,适当拓宽;知行合一,止于至善;勤奋努力,惜时如金;持之以恒,水滴石穿;跬步千里,积土成山。

        “只要心中有目标,即使慢慢走,也比漫无目的徘徊折腾的人走得快。”周绪红说。

        本报北京1月10日电

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