北京科技大学冶金与生态工程学院教授、生态系主任李素芹：科技创新促进钢铁工业绿色发展

　　“工欲善其事，必先利其器”。从新中国成立到改革开放春风吹来，从计划经济体制到市场经济改革，从经济高速腾飞到行业产业转型升级，中国钢铁行业经历了几十年波澜壮阔的发展，带来经济效益的同时也带来了严重的环境污染。为此，无数科研工作者挺身而出，用科技提供坚实有力的装备基础，用创新护卫岌岌可危的自然环境，为我们共同的“美丽中国梦”贡献着力量。北京科技大学冶金与生态工程学院教授、生态系主任李素芹，就是一位执着于保卫环境、用创新科技推动钢铁产业发展的忠实践行者。

　　前沿科技，护航资源环境

　　超导高能物理技术是一种具有零电阻和完全磁性特性的现代技术，尤其是其可达到常规磁场不可及的处理效果，使其在资源环境领域的优势逐渐显现。作为一位长期致力于冶金资源循环与工业生态、工业废水处理与回用、固废有价物提取与资源化利用、生态环境材料的科研工作者，李素芹希望在这一领域有所突破。

　　10余年来，李素芹带领团队展开了长期不懈的攻关，取得了一系列令人瞩目的成绩，研究成果达到了国际领先水平，填补了国内外空白。

　　李素芹的研究始于如何利用超导强磁性来处理冶金工业废水。以转炉除尘废水为例，传统的处理方法是絮凝沉降法，因为需要加絮凝剂，使其运行成本较高。李素芹带领团队通过深入分析，采用超导技术进行处理，不仅设备简单，还可以在不改变原水处理流程的条件下应用，能够在几十秒内将所含污染物颗粒进行捕集，SS去除率将近100%，弱磁性氧化铁、非磁性氧化钙、二氧化硅等微纳米颗粒均通过磁絮凝作用脱除。该技术具有投资小、能耗低、运行成本低等优势。更重要的是，应用这一方法还能够回收其中的有价铁元素，产生的尘泥还可用于制备氧化铁红等高附加值产品，实现经济效益与环保效益并举。

　　研究显示，将超导HGMS技术与高级氧化技术等耦合可实现酸性废水的重金属离子快速脱除。在动态条件下，使用超导HGMS耦合技术处理电镀废水，铜离子的去除率可达98.52%；处理铬、砷及铅等有色冶炼酸性重金属废水，对于含砷离子5536mg/L的酸性废水去除率可达99.56%；处理低浓度络合态镍离子废水，可将镍离子脱除到国家标准要求。另外，由于在脱除金属离子的同时可考虑回收酸液及重金属材料，因此同样具有绿色环保的特性。将超导技术与物化技术耦合，则可以实现净环水供水系统的降硬除浊和杀菌灭藻功能，该成套关键技术是国家“十三五”重大水专项标志性成果。研究结果显示，水源水（包括中水等非常规水资源）硬度去除率可达70%以上，SS可降至5mg/L以下，同时具有脱除二氧化硅及杀菌灭藻的作用，节水10%以上；处理净循环水，可起到阻垢、抑垢及有效控制生物粘泥的作用，提高浓缩倍数，为钢铁企业节约用水、节能降耗提供一个新的途径。众所周知，固废不仅占用场地，还对生态环境及人类健康构成威胁，而同时又是非常宝贵的二次资源，如何找到合适的技术来挖掘其潜在价值？李素芹尝试将超导HGMS技术与其他技术耦合，开发了多项固废有价物提取及资源化利用技术，如连铸及轧钢尘泥及转炉LT灰制备高品位氧化铁红，达到A极品标准（氧化铁含量大于92%），经济效益显著；固体粉剂脱硫，依据原料硫的赋存状态，脱硫率达50%以上，从源头上降低了高硫煤直接燃烧导致的二氧化硫排放，在提高产品质量的同时，降低了对环境的危害；用于含硅尾矿中高纯二氧化硅提取，实现了硅及铁元素的同时分离与提取，使二氧化硫品位99%以上（最高3N），回收率达60%以上，含铁粉料品位可达65以上，实现了高附加值回用，延伸产业链还成功制备了ZSM-5分子筛，提高附加值，相关技术已获得多项国家发明专利授权。可实现固废有价物提取与资源化利用，带来经济效益的同时解决环境污染及资源浪费问题，应用前景广阔。

　　在冶金废水治理过程中，针对高浓度难降解焦化废水，自行研发优势菌株进行生物强化处理。该技术是在没有外加营养源的情况下，通过自养反硝化将COD从1196mg/L降低到64.82mg/L，去除率为94.58%，氨氮可以从102.1mg/L降到1.43mg/L，去除率为98.60%。她带领课题组采用16SrNA、PCR扩增及焦磷酸测序等分子生态学手段，明确了优势种群及其动态变化规律。研究表明，系统中有作为生产者的藻类，作为消费者的菌类和原生动物以及作为分解者的分解细菌存在，已经形成了较为完整的生态链，系统内形成了一个功能基本完全的生态岛，对污染物有良好的消纳作用，具有较好的稳定性。该技术与自行研发的高效絮凝技术耦合使用，可直接达到GB16171-2012间接回用要求，用于洗煤、冲水渣及焖渣等的回用；降低RO深度处理系统SDI值，提高产水率、延长RO膜使用寿命、降低运行成本，为焦化废水生化处理提供了重要的技术支撑。

　　经济发展到一定阶段，人们就会自觉地对环境问题更加关注，这是必然的趋势。近年来，冶金行业飞速发展带来的环境问题严重困扰着我国的大江南北。李素芹进行了思考，能否用工业生态学理论指导，发挥学科交叉融合的优势，找到合适的技术，既能解决污染问题，又可带来经济效益？为此，她已开始行动，并且找到了解决的钥匙——靠科技创新来支撑现代工业的科学、绿色可持续发展。为了实现这一目标，她已踏上执着的创新之路。

　　智慧开启，协同发展之路

　　一个人的力量是有限的，集体的智慧才是无限的。自2003年北京科技大学冶金与生态工程学院生态系创建以来，李素芹就积极推动学科建设，潜心致力于冶金工程学科工业生态方向的教学与科研工作，并吸收了很多的人才，更好地为冶金行业的绿色发展出谋划策。

　　在对多年的教学科研实践进行总结的过程中，李素芹发现，清洁生产技术、循环经济理念及工业生态学原理等，对现代工业的科学、绿色可持续发展尤为重要。要想发展，就必须打破原有观念，变末端治理为源头、过程及末端综合治理，真正实施全生命周期集约化控制，通过高新技术替代、加环延伸产业链，科学合理地利用资源，将废物消解在源头和过程，推动经济发展的同时降低末端排放，为行业发展提供了一个事半功倍、一举多得的新思路。从而，也让“废物”真正成为被放错了位置的二次资源，实现经济与环保效益并行。

　　基于此，李素芹对学科发展路径进行了系统的研究，创造性地提出了钢铁工业用水全生命周期集约化控制思路与技术，多次在行业会议及授课时进行宣讲。此外，她作为第一起草人起草了《钢铁联合企业水系统集成优化实施指南》（GB/T 30887—2014）标准，为钢铁工业节水用水起到了积极的规范和控制作用。多年来，她一直遵循循环经济理念，用工业生态学原理指导教学与科研，为工业生态学发展树立了榜样。

　　李素芹还积极促进产学研合作发展，曾与宝钢合作为湛江钢铁工业基地建设提出可持续发展模式规划建议，其中多项已被采纳，公司按生态工业园区的型式构建产业链，并与周边企业及社会产生关联，带动周边经济发展的同时，维护了绿色生态环境。

　　长期的坚持创新赢得了累累硕果，李素芹先后获得教学成果奖10余项，获市级优秀女职工及“我爱我师-我心目中最优秀的教师称号”称号；“超导HGMS耦合技术在资源环境领域中的应用”项目研究成果达到国际领先水平，2019年荣获十三届中国产学研合作创新奖。申请专利30余项，已获授权专利21项（其中国际发明专利3项）；发表论文近百篇。她一直身体力行，用实际行动告诉更多的人“地球是人类唯一赖以生存的家园，珍爱和呵护地球是人类的唯一选择”。我们必须携起手来，用新的理念、科技的力量来维护我们美丽的“家园”。