國基的網(wǎng)上評審已經(jīng)塵埃落定地結(jié)束了，也沒有必要對評審的一些情況再繼續(xù)進行“保密”。最近連續(xù)寫了幾篇有關研究失敗的博文，在國基評審期間，一位科研同行的國基申請書，又勾起了我?guī)啄昵耙淮慰瓷先ナ恰昂弥饕狻保�做起來卻是失敗的回憶！



對于含難生物降解有機物廢水的處理，比較強有力的處理方法是Fenton化學氧化法。普通Fenton化學氧化法從法國人Fenton發(fā)明的，這個氧化方法到現(xiàn)在已有100多年的歷史了。它就是在廢水中投加雙氧水與亞鐵離子，控制pH值在3-5的條件下，雙氧水被亞鐵離子催化，形成氧化能力極強的羥基自由基，直接氧化一些不可生物降解的有機物。氧化完成后，將廢水的pH值調(diào)整到7-8左右，亞鐵離子氧化形成的三價鐵離子，會形成大量的氫氧化鐵絮體沉淀，在沉淀過程中，又通過吸附，夾帶作用，脫除部分廢水中的有機物。故Fenton氧化法處理廢水，它包含了化學氧化與絮凝沉淀的雙重作用。



為了解決脫除廢水中不可生物降解的有機物問題，我們從2003年開始，研究Fenton與臭氧氧化的化學氧化處理工藝，也了解到這二種化學氧化方法的優(yōu)缺點與適用范圍。我們在2005年申請并獲得的發(fā)明專利：化學氧化－曝氣生物濾池聯(lián)合水處理方法，發(fā)明專利號：CN200510035132.9，該專利的化學氧化部分，就選用了Fenton氧化，與臭氧氧化這二種化學氧化方法。在實際工程應用上，臭氧氧化—曝氣生物濾池應用于不可生物降解COD小于150mg/L的廢水深度處理場合。而對于不可生物降解COD大于150mg/L的廢水處理中，我們建議采用處理效率更高的Fenton氧化—曝氣生物濾池法，如垃圾滲濾液的深度處理。該專利獲得2010年度全國發(fā)明展覽會金獎。



由于Fenton氧化廢水課題的研究，有實際應用背景，且最佳處理條件的探索，可以獲得不少數(shù)據(jù)，因而有利于寫論文，故Fenton處理難生物降解有機物的研究，多年來一直是我們培養(yǎng)學生，及開展研究工作的重點。Fenton氧化法的優(yōu)點是脫除廢水中COD的有效性，它的缺陷也是明顯的。如使用過程需要消耗大量的化學藥劑，故廢水的處理成本偏高，另外，投加的亞鐵離子，催化雙氧水氧化的過程中，它也轉(zhuǎn)化為三價鐵離子，在Fenton反應完后，形成大量的鐵鹽污泥，污泥的處理處置也是一件麻煩事。



如何進一步地提高Fenton氧化效率，降低化學藥劑的使用量，從而也就減少了鐵鹽污泥的產(chǎn)量，降低Fenton氧化法的處理成本，自然就成為Fenton氧化法研究的熱點。這方面的實驗室研究有加紫外光的，有加超聲波的，也有研究加其它一些金屬離子與金屬氧化物的所謂“類Fenton反應”。我們在實驗室研究及Fenton氧化的實際工程應用中，也一直在探索如何提高Fenton氧化效率的方法，如工程上防止雙氧水的無效分解，曝氣攪拌、水力混合，還是機械攪拌的選擇等等。  



有一個環(huán)保同行問我們能不能降低Fenton氧化廢水的運行費用，我想，化學氧化后再進行生化處理，達到相同的排水標準，但處理成本就會大大下降。他告訴我們，有個非常大的項目機會，亞州最大的紙漿生產(chǎn)廠海南島APP的工廠，用Fenton氧化經(jīng)生化預處理后的廢水，處理水量高達6萬噸，處理成本偏高，一噸水的Fenton氧化成本達6-8元錢。我想機會來了，若我在Fenton氧化后，采用曝氣生物濾池（BAF），原來氧化后COD控制在80mg/L，若有BAF，則氧化后的COD只要控制在120mg/L，再采用BAF，就可以節(jié)省大量的運行成本。這樣，我們就立即飛赴南海島，去APP的工廠。到了現(xiàn)場，我們發(fā)現(xiàn)APP采用了臺灣的Fenton催化氧化塔技術(shù)，通過現(xiàn)場實驗，比較它們運行的工程數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這個Fenton催化氧化塔，藥劑投加量比我們常規(guī)的Fenton氧化節(jié)省藥劑三分之一。我問了APP的工作人員，他們講，這幾個臺灣的Fenton催化氧化塔是非常貴的，一只差不多1000萬元，公司安裝了10只，花了一億元。臺灣公司為了保密，所有氧化塔的人孔都用鎖鎖好，APP的人講，當初工程調(diào)試，就是臺灣公司來的普通操作人員，都不允許觀看塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。從海南島的APP回來，看來能大規(guī)模工業(yè)化應用，提高Fenton氧化的方法就是Fenton催化氧化塔了。通過網(wǎng)絡搜查，很快就找到臺灣新竹工研院在上世紀90年代，就開始了用石英砂做載體的Fenton催化氧化塔研究，并有一篇完整的博士學位研究論文。分析這些文獻，從工藝原理上講，就是利用石英砂做載體，在流態(tài)化狀態(tài)下，石英砂在Fenton氧化體系中，表面會附著鐵羥基化合物，再利用鐵羥基化合物的類Fenton作用，從而實現(xiàn)減少Fenton藥劑投加量，減少鐵鹽污泥產(chǎn)生量的效果。我們先后安排了二屆碩士研究生，以此為研究課題，完成碩士學位論文，在這過程中，進一步研究不同粒徑石英砂的流態(tài)化條件，影響石英砂表面羥基鐵附著的因素，在實驗室PVC的Fenton催化氧化反應柱中，取得了APP公司工業(yè)化大規(guī)模的Fenton催化氧化塔的效果。由于這個技術(shù)是二十多年前的專利技術(shù)，已過了專利保護期，我們也成功地設計安裝了工業(yè)化的4000T/d規(guī)模的Fenton催化氧化塔。



在此實驗室中試研究及工業(yè)化成功應用的基礎上，我們就打起了進一步提升芬頓流化床效率的主意。在使用流態(tài)化載體為石英砂時，即使選用0.5mm左右直徑的石英砂，要使石英砂在柱中或塔中處于流態(tài)化狀態(tài)，水的上升流速要高達50 m/h以上，循環(huán)流量與動力消耗較大。由于我搞過用廢鐵皮生產(chǎn)氧化鐵紅的工業(yè)生產(chǎn)，自然就想到：能不能用氧化鐵紅粉來做Fenton催化氧化的載體？氧化鐵粉未雖然密度比石英砂大，但由于它細小均勻，要使其處于流態(tài)化狀態(tài)，上升流速要比石英砂低得多。另外，從直感上判斷，氧化鐵有可能產(chǎn)生類Fenton反應，氧化鐵的表面有鐵元素，它應更容易吸附具有催化氧化活性的鐵羥基化合物。若用氧化鐵的粉末作為Fenton流化床的催化氧化的載體，有可能取得比用石英砂更好的催化氧化效果。說干就干，我們就很快從工廠取來工業(yè)產(chǎn)品氧化鐵紅粉末進行實驗。實驗的結(jié)果是令人沮喪的，使用氧化鐵粉末后，幾乎沒有任何催化氧化作用。重復多次實驗，實驗結(jié)果是相同的，氧化鐵粉末在Fenton流化床的氧化系統(tǒng)中，不具有類Fenton及吸附羥基鐵的催化氧化作用，處理效率比用石英砂做載體差。



一年一度五月的國家自然科學基金評審，我有一個同事，手上拿到一份內(nèi)容有關于Fenton氧化的基金申請，她知道多年來我們一直進行Fenton氧化處理廢水的研究，就咨詢我一些關于Fenton氧化方面的問題。她問：在Fenton反應中，投加氧化鐵（或四氧化三鐵），利用氧化鐵的類Fenton作用，以及在氧化鐵表面吸附有催化活性的鐵羥基化合物，從而促進Fenton氧化反應。我聽了，笑了，這不是我?guī)啄昵跋氲降囊粯拥摹昂弥饕狻眴幔课腋嬖V她，當初我也想到過這個“好主意”，它的原理似乎是講得通的，但實驗結(jié)果就是行不通，后來也看過國外的一個文獻，也講氧化鐵不能促進Fenton的催化氧化作用。我介紹了當初我們實驗情況，我對這個項目的觀點是否定的，當然項目評審的決定權(quán)在她手上，后來也不知道她是否支持這個項目。



有時想一想，國家基金的申請有時是嚴重后滯的，我們不可能今天想到個好主意，寫申請，等一年后申請到基金再去做。我若想到一個“好主意”，我恨不得立即跑回實驗室，安排實驗計劃來做實驗，證實這是不是“好主意”，怎么會要等一年呢？



現(xiàn)在的基金申請是重申請，輕考核，一個自然科學基金平均資助力度就達80萬，大家都忙著“編故事”，重點如何寫申請報告，只要拿到基金項目，后面怎么交差就好辦了。我想，最好還是將資助的項目數(shù)增加，先給少量啟動研究經(jīng)費，根據(jù)研究成果或項目進展，決定后續(xù)研究經(jīng)費的投入，從而提高科學基金的利用效率，讓更多的國內(nèi)從事科研的工作者受益！這樣做，即使存在基金給了當初是“好主意”，但后來做下去行不通的申請者，也能給他作為研究探索，有臺階下的機會！

2樓: Originally posted by 小老先生 at 2013-05-30 20:31:10
證明此路不通，還是收獲，最起碼告訴后來者此路不通，不要再走啦。