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00014版:人文·好奇

五水共治中的科技力量—

问渠那得清如许

  本报记者 李月红

  通讯员 林雅琪 陈登

  臭黑河怎样去味去色,漂浮在河面上的“生态岛”有用吗,一张膜真的可以变污水为清水……2014,浙江五水共治年。如何治?怎样治?来自省自然基金委的最新统计,目前全省科学家在治水方面的研究项目多达800项,立项的有160项左右,且在全省河道进行着各种因地制宜的试验,且看浙江河流变清进行时。

  污水做SPA,

  光催化来帮忙

  最近,宁波童王河变了样:污垢少了,水不臭了,透明度至少达到了1.5米,主要技术指标也已达到地表水Ⅲ类标准。

  秘诀在哪里?——光催化技术。它是对付水中有机污染物的“王牌”。

  浙江理工大学王晟教授团队,经过近10年的摸索,终于将其成功运用到宁波童王河的污水治理中。

  光催化技术,1972年最早在日本应用。在光合作用中,催化剂是叶绿素。在治理污水中,催化剂换成了二氧化钛。

  它的原理是:二氧化钛受紫外光激发后会产生强氧化还原性,能够“攻击”有机物,将其分解成二氧化碳和水等无机物。而且,整个过程不需要其他化学辅助剂,反应条件温和,没有二次污染。

  在以往,治污多采用物理、生物技术,让污染物集聚或转移到生物体内。光催化技术则不同,直接将有机物变成无害的无机物,既解决了后顾之忧,又避免了生物污染。

  长久以来,科学家难以解决的技术瓶颈是找一个适合用来放置光催化剂的“容器”。王晟认为,光催化剂二氧化钛,不能直接投入污水中,它会形成悬浊液体,导致水体二次污染。

  经过数十年研究,王晟团队找到了——一种具有核-壳结构的二氧化硅包覆二氧化钛纳米粒子。

  它好比一个桃子。桃核是二氧化钛纳米粒子,桃皮是包覆的二氧化硅层,而中间的桃肉给它挖空了,形成一个中空层,它就是那个纳米空间。这个中空层能让水和空气自由透过。等它们接触到“桃核”二氧化钛,催化反应就开始了。

  中空层的存在,使二氧化钛没法直接接触到“容器”。这样它就不能发起“攻击”,有机催化载体的使用寿命因此得到了延长。你能想象今后的污水治理吗?只要每天晒晒“日光浴”,河水就能被净化。

  纳米铁“攻寨”,

  微生物“断后”

  在浙东沿海地区的地表水、土壤和地下水中,有一种特殊的有机污染物,难以生物降解。它的名字叫“含氯有机物”。其主要的毒性,来自氯。

  治理含氯有机污染物的过程就是“攻寨”的过程。传统的“攻寨”法不外乎三种——物理法、化学法、生物法。那么新方法呢?

  纳米级零价铁-微生物协同还原脱氯技术。这项技术由浙大徐新华教授团队研制,将生物法和物化法结合了起来。

  先来说说纳米级零价铁。

  纳米级零价铁是零价铁的升级版,粒径缩小到1-100纳米。它的表面活性远大于传统零价铁,更易发生还原脱氯反应,降解效率也因此显著提升。

  纳米级零价铁“对付”含氯有机物有两招。第一招,正面迎击。利用零价铁的还原脱氯功效,直接降解含氯有机物。第二招,偷梁换柱。利用铁受腐蚀时表面水解产生的氢,与含氯有机物里的“氯”置换。“氯”被替换了出来,含氯有机物就失去了“首脑”,生物降解性大大提高,剩下的“虾兵蟹将”就立马被微生物给“瓦解”了。

  再来说说微生物。

  微生物“攻寨”,既当“前锋”,又当“后勤”。作为“前锋”,它能直接降解含氯有机物以及脱氯后的有机物。作为“后勤”,它能不断补充“生力军”,把高价态铁还原成低价态铁,让它循环参与到还原脱氯的过程中。

  纳米级零价铁与微生物的“协同作战力”很强,但也存在着一些不足:纳米颗粒容易团聚,会减少反应面积;铁表面容易钝化,会降低反应活性;此外,纳米颗粒的回收也是个问题。

  因此,徐新华教授团队进一步研制了多种“稳定化纳米铁体系”,让抑制纳米铁团聚和钝化、强化脱氯、纳米颗粒的可磁性回收得到了实现。

  徐新华认为,五水共治中,像含氯有机物、重金属以及其他微量污染物应加倍关注。“虽然这些污染物浓度并不高,但它们对生态安全和人体健康影响较大,而且用常规处理工艺往往难于去除,需要采用非常规处理新技术。”

  一张过滤膜,

  废水变清水

  工业废水,不是你想排就能排。它要受到排放量和处理成本的限制。所以,工业废水回用就应运而生了。

  提到“回用”,不得不说一说膜集成处理技术。它是杭州水处理技术研究开发中心推广废水回用的主要工艺技术。

  “膜,其实就是过滤纸。它以过滤孔的大小来实现物质分离。比滤孔小的就通过,比滤孔大的就截留。这样,物质就被分离了。”杭州水处理技术研究开发中心褚红教授认为。

  不过,相对于过滤纸,膜的过滤更“精细”。它的过滤对象是分子物质,过滤孔径也以微米、纳米计算。

  在水泵提供的压力下,废水中水(H2O)的离子构成H+ 和OH-,乖乖地“钻”过膜上的滤孔。而其他杂质,因为身材太过魁梧,被“卡”在了门外。于是,净化就实现了。

  透过滤孔的那部分液体,由于去除了大部分杂质,水质得到极大的提升,可以作为回用水,重新回到生产车间。“处理后的回用水,有时甚至比自来水的水质还要好。”褚红表示。

  不过,这场治污革命的“技术标兵”并非只是膜。

  以印染废水为例,一场膜集成处理的过程是这样的:第一步,物化法。分散的小分子在絮凝剂的作用下抱团,沉着分离。第二步,生化法。向水中“输入”氧气来培养活性污泥菌类,利用它们分解有机污染物。第三步,膜法。采用膜分离技术净化废水,并脱盐,形成回用水。第四步,对积满了截留杂质的浓缩液进行处理。尤其在膜法这块,杭州水处理技术研究开发中心的技术,已经能使高氨氮废水零排放成为可能。

  不过,褚红对这项技术仍有所期待。

  “国外在污水回用领域不见得比我们做得好,但是在膜的生产技术上,他们确实比我们先进。”褚红表示,膜集成处理技术虽然能够实现分离,但还是没有最终处理掉这些污染物。“因此,与其亡羊补牢,在污水处理上下功夫,还不如从源头上实现清洁化生产,减少污水排放量。”


浙江日报 人文·好奇 00014 问渠那得清如许 2014-09-09 3573144 2 2014年09月09日 星期二