納米技術(shù)和磷回收技術(shù)應(yīng)用于污水處理
最近，愛爾蘭和德國(guó)在污水處理領(lǐng)域正在探索一些新方法，也許在未來能讓我們的污水處理變得更加簡(jiǎn)便。記者采訪廣東省微生物研究所副所長(zhǎng)孫國(guó)萍、華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院胡勇有教授。他們認(rèn)為，這些是很有意義的探索，能否應(yīng)用仍言之尚早。
日光浴也能凈水
據(jù)外媒及《科技日?qǐng)?bào)》等媒體報(bào)道，最近，愛爾蘭都柏林城市大學(xué)的一個(gè)研究小組向美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)第247屆全國(guó)會(huì)議提交報(bào)告稱，他們制造出一種簡(jiǎn)便易行的凈水器，可用陽光和一種常見的鈦白粉，將水中的有機(jī)化合物完全分解，也許能為廣大農(nóng)村和發(fā)展中國(guó)家人民帶來實(shí)惠。環(huán)境水中有很多微量污染物，比如洗滌劑、染料、殺蟲劑、除草劑、藥物。都柏林城市大學(xué)的安妮。莫里斯博士向媒體解釋說，要改良目前的水處理方法，去除那些可能的有害物質(zhì)，成本很高且耗費(fèi)大量能量，也不一定能把這些污染物完全去除。而常用于給涂料、紙張、牙膏、食物及其他產(chǎn)品增白的二氧化鈦粉末，在一定的能量下，可作為催化劑來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)—分解飲用水中的殺蟲劑、藥物等有機(jī)化合物。
研究小組對(duì)納米粒子、納米管、納米線和納米介孔珠等不同形狀的二氧化鈦進(jìn)行了試驗(yàn)，最后發(fā)現(xiàn)納米管形狀的二氧化鈦能更好地吸收可見光，因此被陽光激活的效果最好。研究者選擇石墨烯薄片作為一種載體裝置，讓二氧化鈦納米管與石墨烯薄片結(jié)合。當(dāng)污染物通過這種混合層時(shí)，就被困在石墨烯表面上，二氧化鈦得以與污染物“親密接觸”而有效分解它們。他們還用雙氯芬酸等多種藥物驗(yàn)證了這一系統(tǒng)的效果。
“我們正在研究能否把這種石墨烯混合材料裝在盒子里，作為飲用水處理的一個(gè)步驟。”莫里斯說。盒式系統(tǒng)還能固定石墨烯，讓污染物不會(huì)漏到干凈水里。“將來你可以在市場(chǎng)上買一個(gè)這種盒子，直接放到飲水管道里。”
但莫里斯還指出，要將飲用水完全凈化，單靠這一步是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這只是在經(jīng)過常規(guī)水處理工序后進(jìn)一步的凈化，以消除最難去除最隱蔽的污染物。新技術(shù)將來可能作為一種簡(jiǎn)便消費(fèi)品，用來去除水中的頑固性污染，作為凈水的最后一步。
莫里斯說，在宣布這種二氧化鈦-石墨烯系統(tǒng)成功之前，還有許多問題要解決，比如要保證在分解污染物時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)品是無害的，還要確保系統(tǒng)所需要的能量和簡(jiǎn)單地用紫外線照射二氧化鈦大致相當(dāng)。
像釣魚一樣回收污水中的磷
據(jù)新華網(wǎng)報(bào)道，德國(guó)研究人員報(bào)告說發(fā)明了一種新方法，可像釣魚一樣將污水中的磷“釣”出來，回收后予以重新利用。德國(guó)弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)在接受采訪時(shí)指出，從水中“釣”磷的關(guān)鍵是利用一類名為“超順磁粒子”的特殊物質(zhì)作“魚餌”。超順磁粒子在感受到磁場(chǎng)時(shí)，自己也會(huì)具有磁性;而當(dāng)磁場(chǎng)撤去時(shí)，則會(huì)退去磁性。
研究人員對(duì)超順磁粒子進(jìn)行了改造，使之具有與磷酸根結(jié)合的能力，粒子在水中就會(huì)抓住磷酸根離子。這時(shí)使用磁鐵，超順磁粒子便會(huì)帶著磷酸根離子從水中脫離，水中的磷就被去除。據(jù)介紹，此法也可用于分離污水中的有毒重金屬等有害物質(zhì)。
這項(xiàng)技術(shù)由弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)“物質(zhì)循環(huán)與資源戰(zhàn)略項(xiàng)目小組”與德國(guó)多所高校合作開發(fā)，去年12月獲得德國(guó)不倫瑞克再生水國(guó)際研討會(huì)“未來獎(jiǎng)”，并將亮相今年4月舉行的德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)。
磷回收技術(shù)成熱點(diǎn)
胡勇有教授指出，磷是一種不可再生的資源。它是人類和動(dòng)植物各種生命活動(dòng)必須的元素。世界上76%的磷礦石被用于化肥生產(chǎn)。對(duì)磷的需求量每年仍在增加。但世界上的磷礦資源卻只能維持100年左右。陸地上的磷通過土壤流失、動(dòng)物排泄、人類生活及代謝活動(dòng)而最終匯集到河流、湖泊、海洋中，部分沉淀下來成為底泥，部分溶解在水中。而水中的磷過多，會(huì)造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化。
“工業(yè)、生活廢水排到河流入？冢斐稍孱惔罅孔躺，就是水體富營(yíng)養(yǎng)化的表現(xiàn)。”孫國(guó)萍也指出。一方面是磷資源匱乏，一方面卻是大量的磷流失到水體中，這就使得磷的回收技術(shù)成為許多國(guó)家熱衷探索的熱點(diǎn)之一。用化學(xué)或生物化學(xué)的方法，絮凝沉淀的方法回收，是比較常用的方法。孫國(guó)萍說，傳統(tǒng)活性污泥工藝中會(huì)用一類特殊的聚磷菌來吸收磷。這些聚磷菌在好氧狀態(tài)下能超量地將污水中的磷吸入體內(nèi)，使體內(nèi)的含磷量超過一般細(xì)菌體內(nèi)的含磷量的數(shù)倍。在厭氧的狀態(tài)下，又會(huì)分解體內(nèi)儲(chǔ)存的聚磷酸鹽。還可以用焚燒污泥的方法來回收磷。像德國(guó)所嘗試的方法，更像現(xiàn)在用的吸附法，來利用某些物質(zhì)對(duì)水中磷酸根離子的吸附親和力，來實(shí)現(xiàn)廢水除磷和磷回收。孫國(guó)萍和胡勇有指出，他們對(duì)超順磁粒子吸附磷的方法了解不多。孫國(guó)萍指出：“評(píng)估這種方法的效果，也要考慮使用多大磁場(chǎng)的問題，也同樣要計(jì)算處理的成本控制問題。”
對(duì)于愛爾蘭、德國(guó)的研究，孫國(guó)萍表示，很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，往往是失敗，有可能根本不能拿來應(yīng)用。很多情況下，我們需要更多證據(jù)支持才能談及應(yīng)用的問題。但不能因此否定科學(xué)探索性研究、公益性研究的價(jià)值。否定了創(chuàng)造性的探索，也就否定了科學(xué)本身。
面對(duì)污水處理新方法的探索，孫國(guó)萍覺得有意義，但水源保護(hù)是最重要的。“雖然，現(xiàn)在的技術(shù)可以做到連垃圾滲濾液處理后都可以飲用，但是，一切挽救措施都不如保持水源的干凈來得重要。”孫國(guó)萍說。
可能會(huì)產(chǎn)生臭氧的二次污染
廣東省微生物研究所副所長(zhǎng)孫國(guó)萍在接受記者采訪時(shí)指出：“用光催化方法來氧化有機(jī)物是很早就已經(jīng)有的技術(shù)。不過，傳統(tǒng)的做法是用高能的紫外光來激發(fā)二氧化鈦，以達(dá)到將有機(jī)物迅速氧化的目的。如果以普通陽光就能實(shí)現(xiàn)這種光催化反應(yīng)，當(dāng)然會(huì)方便很多。”但是，孫國(guó)萍也指出，究竟能否真的加以應(yīng)用，要看用陽光代替紫外光來做催化，對(duì)有機(jī)物氧化的程度究竟夠不夠。“如果天陰、下雨的情況下，凈化效果是否還能很穩(wěn)定?比如1噸的水，需要多大強(qiáng)度的陽光?需要多少鈦白粉?能去掉哪些污染物?需要研究者進(jìn)一步的小試、中試和工業(yè)化規(guī)模等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能下判斷。”孫國(guó)萍指出，目前，光催化二氧化鈦多用于一些空氣中揮發(fā)性的有機(jī)物的去污。“飲用水方面很少用到二氧化鈦。因?yàn)槎趸佉灿惺褂脡勖系南拗。而且最大的副作用在于?huì)產(chǎn)生臭氧，有二次污染的問題。”孫國(guó)萍說。雖然臭氧是強(qiáng)氧化劑，能殺菌、有效降低COD(化學(xué)需氧量，值越高說明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重)，但同時(shí)對(duì)人刺激性很強(qiáng)，對(duì)皮膚、眼、鼻、喉都會(huì)產(chǎn)生刺激，甚至有致癌的風(fēng)險(xiǎn)。從莫里斯的言論來看，保證副產(chǎn)品無害，以及能量與用紫外線時(shí)相當(dāng)，也同樣是研究中所要面臨的問題，可見，在這方面是否有大的突破，仍需深入探索。
華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的胡勇有教授也指出同樣的問題，他指出：“這種設(shè)備可能要明確使用的方式和條件。比如太渾濁的污水，有可能就不適合用這種方法來處理，渾濁的污水透光效果比較差，用這種光催化的凈化方式可能就不行。”
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