黑龙江省五常市年产水稻约160万吨，稻壳年产生量高达80万吨，资源化利用率不足50%，大量稻壳被露天焚烧或填埋，每吨稻壳焚烧约排放1.82吨二氧化碳。与此同时，当地食品加工企业年排放有机废水超800万吨，近70%乡镇缺乏标准化污水处理设施。黑龙江寒地冬季漫长，极端低温可达零下30℃以下，传统活性炭在低温环境下处理性能衰减20%至40%，市售活性炭价格高达5000至15000元/吨，中小企业无力承担。
面对固废无处去、废水无力治、好碳用不起的三重困境，黑龙江东方学院“碳索兴农”团队依托五常（中GI）大米科技小院，历经58天四轮研发攻关，成功研发出以寒地废弃稻壳为原料的高性能多孔碳吸附材料，构建了“吸附处理—饱和再生—药剂回收—循环利用”全链条闭环废水处理体系，为寒地水稻产区提供了“以废治废”的绿色解决方案。
技术突破：比表面积达1842.7m²/g 低温衰减仅5%
项目团队在黑龙江东方学院食品工程学院实验室完成了全流程中试验证。核心技术涵盖三大环节：寒地稻壳预处理技术采用“筛选—清洗—粉碎”三级处理工艺，将稻壳粉碎至60目细粉，从源头保障原料均一性；无惰性气体保护炭化技术采用密封坩埚自生气氛设计，420℃恒温炭化4小时，无需氮气保护，设备投入降低60%、电耗下降33%；KOH循环浸渍活化技术以碳碱比1:3浸渍、750℃高温活化1小时，构建微孔与介孔复合的多级孔结构。
经实测，多孔碳材料比表面积达1842.7m²/g，远超市售常规活性炭的800至1200m²/g；亚甲蓝吸附容量≥200mg/g；静态吸附COD去除率达92.08%，色度去除率96.79%，处理出水优于《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）一级标准。针对黑龙江寒地冬季传统活性炭性能衰减20%至40%的痛点，依托寒地稻壳天然高硅致密碳骨架，将低温工况性能衰减控制在5%以内，零下20℃仍保持稳定吸附能力。
长效循环：5次再生性能保留率超75% 废水零外排
团队创新开发了限氧热再生技术，吸附饱和后的多孔碳经500至600℃限氧热再生60至90分钟，孔隙结构可有效恢复。经5次吸附—热再生循环后，COD去除率仍保持85.27%，比表面积保留率达1621m²/g，性能保留率稳定≥75%，较传统活性炭60%至70%的保留率提升20%以上，大幅延长了材料服役周期。
在资源循环方面，活化洗涤废液经“沉淀除杂—蒸发浓缩—酸碱滴定”回收KOH，回收率达54.57%，循环用于浸渍工序，单吨产品节约KOH药剂0.4吨，实现生产工艺废水零外排。炭化与活化过程产生的高温尾气经收集后回用于预热、干燥等工序，实现能源内部循环利用，北方冬季间接综合能耗再降15%以上。项目全流程实现“稻壳固废→废水处理→再生回用→废液零排”的完整闭环。
成本优势：吨产品仅3800至4500元 处理成本1.0至1.4元/m³
依托废弃稻壳免费原料、KOH药剂循环回收、无氮气节能工艺三重降本优势，吨产品综合成本控制在3800至4500元，较市售木质净水活性炭（4500至6200元/吨）降低45%至55%。单吨多孔碳可处理食品加工废水约7250m³，废水处理综合成本仅1.0至1.4元/m³，远低于市售活性炭的2至5元/m³。以年产100吨多孔碳核算，年节约活性炭采购费42.6万元，年节约治污运维费19.3万元。
减排效益：年净减排559.9吨CO₂ 项目IRR达26.3%
项目构建了“固废消纳—材料制备—废水治理—药剂回用—碳减排”五位一体循环经济模式。以年产100吨多孔碳核算，年资源化消纳稻壳305吨，年节约KOH药剂163.7吨，年CO₂净减排559.9吨。项目总投资150万元，年运行成本33.16万元，年净现金流26.84万元，财务内部收益率达26.3%，远高于环保行业10%的基准收益率。
应用场景：三大方向同步推进 已对接本地米企
产品可灵活适配三大应用场景：针对食品加工有机废水（大米加工COD 300至800mg/L、豆制品COD 500至1200mg/L、果蔬清洗COD 150至400mg/L），采用固定床吸附工艺，COD去除率≥92%，出水达标排放或回用；针对稻田退水，可有效削减农药残留与氮磷营养盐，降低农业面源污染；针对乡镇生活污水，模块化吸附单元可快速部署、灵活组合，无需复杂设备与专业运维，尤其适合基础设施薄弱的分散式治水场景。
目前，项目团队已与五常本地合作米企完成对接并开展实际工业废水小试，COD去除率稳定达85%以上，技术脱离实验室环境依然有效。2026年4月，五常彩桥米业到访学院开展校企座谈，双方达成共建产学研实践基地、联合开展技术攻关的合作意向。项目当前已完成实验室全流程验证与企业废水小试，正式进入中试验证与产业化筹备阶段。
推广前景：覆盖全省可减排36万吨CO₂ 技术可全国复制
项目具备广阔的推广前景。资源层面，仅五常市年产稻壳80万吨，全国水稻主产区年产生稻壳约2400至2800万吨，可就地取材、原料成本极低且供给稳定。技术层面，创新坩埚密封限氧炭化工艺彻底摒弃管式炉与氮气保护，操作简单、落地门槛低。若推广至黑龙江省30%稻壳资源化利用，年可减碳36万吨CO₂当量，等效植树2000万棵。项目紧密契合国家“十五五”碳排放双控制度、循环经济生物质资源转化重点方向及固体废物综合治理部署。
项目团队由乳品工程、高分子材料与工程、食品质量与安全、市场营销等多专业15名本科生组成，5位指导教师深耕农林生物质资源化领域，拥有省级科技小院与校企合作平台支撑。项目已获全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛等多个省级以上奖项认可。
（“碳索兴农”团队）