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纳米技术和磷回收技术在污水处理中的应用

发布日期:2018-06-06   作者:环保水处理设备   分享:

  最近,爱尔兰和德国在污水处理领域正在探索一些新方法,也许在未来能让我们的污水处理变得更加简便。记者采访广东省微生物研究所副所长孙国萍、华南理工大学环境科学与工程学院胡勇有教授。他们认为,这些是很有意义的探索,能否应用仍言之尚早。

  日光浴也能净水

  据外媒及《科技日报》等媒体报道,最近,爱尔兰都柏林城市大学的一个研究小组向美国化学协会第247届全国会议提交报告称,他们制造出一种简便易行的净水器,可用阳光和一种常见的钛白粉,将水中的有机化合物完全分解,也许能为广大农村和发展中国家人民带来实惠。环境水中有很多微量污染物,比如洗涤剂、染料、杀虫剂、除草剂、药物。都柏林城市大学的安妮。莫里斯博士向媒体解释说,要改良目前的水处理方法,去除那些可能的有害物质,成本很高且耗费大量能量,也不一定能把这些污染物完全去除。而常用于给涂料、纸张、牙膏、食物及其他产品增白的二氧化钛粉末,在一定的能量下,可作为催化剂来促进化学反应—分解饮用水中的杀虫剂、药物等有机化合物。

  研究小组对纳米粒子、纳米管、纳米线和纳米介孔珠等不同形状的二氧化钛进行了试验,最后发现纳米管形状的二氧化钛能更好地吸收可见光,因此被阳光激活的效果最好。研究者选择石墨烯薄片作为一种载体装置,让二氧化钛纳米管与石墨烯薄片结合。当污染物通过这种混合层时,就被困在石墨烯表面上,二氧化钛得以与污染物“亲密接触”而有效分解它们。他们还用双氯芬酸等多种药物验证了这一系统的效果。

  “我们正在研究能否把这种石墨烯混合材料装在盒子里,作为饮用水处理的一个步骤。”莫里斯说。盒式系统还能固定石墨烯,让污染物不会漏到干净水里。“将来你可以在市场上买一个这种盒子,直接放到饮水管道里。”

  但莫里斯还指出,要将饮用水完全净化,单靠这一步是远远不够的。这只是在经过常规水处理工序后进一步的净化,以消除最难去除最隐蔽的污染物。新技术将来可能作为一种简便消费品,用来去除水中的顽固性污染,作为净水的最后一步。

  莫里斯说,在宣布这种二氧化钛-石墨烯系统成功之前,还有许多问题要解决,比如要保证在分解污染物时产生的副产品是无害的,还要确保系统所需要的能量和简单地用紫外线照射二氧化钛大致相当。

  像钓鱼一样回收污水中的磷

  据新华网报道,德国研究人员报告说发明了一种新方法,可像钓鱼一样将污水中的磷“钓”出来,回收后予以重新利用。德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会在接受采访时指出,从水中“钓”磷的关键是利用一类名为“超顺磁粒子”的特殊物质作“鱼饵”。超顺磁粒子在感受到磁场时,自己也会具有磁性;而当磁场撤去时,则会退去磁性。

  研究人员对超顺磁粒子进行了改造,使之具有与磷酸根结合的能力,粒子在水中就会抓住磷酸根离子。这时使用磁铁,超顺磁粒子便会带着磷酸根离子从水中脱离,水中的磷就被去除。据介绍,此法也可用于分离污水中的有毒重金属等有害物质。

  这项技术由弗劳恩霍夫应用研究促进协会“物质循环与资源战略项目小组”与德国多所高校合作开发,去年12月获得德国不伦瑞克再生水国际研讨会“未来奖”,并将亮相今年4月举行的德国汉诺威工业博览会。

  磷回收技术成热点

  胡勇有教授指出,磷是一种不可再生的资源。它是人类和动植物各种生命活动必须的元素。世界上76%的磷矿石被用于化肥生产。对磷的需求量每年仍在增加。但世界上的磷矿资源却只能维持100年左右。陆地上的磷通过土壤流失、动物排泄、人类生活及代谢活动而最终汇集到河流、湖泊、海洋中,部分沉淀下来成为底泥,部分溶解在水中。而水中的磷过多,会造成水体的富营养化。

  “工业、生活废水排到河流入海口,造成藻类大量滋生,就是水体富营养化的表现。”孙国萍也指出。一方面是磷资源匮乏,一方面却是大量的磷流失到水体中,这就使得磷的回收技术成为许多国家热衷探索的热点之一。用化学或生物化学的方法,絮凝沉淀的方法回收,是比较常用的方法。孙国萍说,传统活性污泥工艺中会用一类特殊的聚磷菌来吸收磷。这些聚磷菌在好氧状态下能超量地将污水中的磷吸入体内,使体内的含磷量超过一般细菌体内的含磷量的数倍。在厌氧的状态下,又会分解体内储存的聚磷酸盐。还可以用焚烧污泥的方法来回收磷。像德国所尝试的方法,更像现在用的吸附法,来利用某些物质对水中磷酸根离子的吸附亲和力,来实现废水除磷和磷回收。孙国萍和胡勇有指出,他们对超顺磁粒子吸附磷的方法了解不多。孙国萍指出:“评估这种方法的效果,也要考虑使用多大磁场的问题,也同样要计算处理的成本控制问题。”

  对于爱尔兰、德国的研究,孙国萍表示,很多科学实验的结果,往往是失败,有可能根本不能拿来应用。很多情况下,我们需要更多证据支持才能谈及应用的问题。但不能因此否定科学探索性研究、公益性研究的价值。否定了创造性的探索,也就否定了科学本身。

  面对污水处理新方法的探索,孙国萍觉得有意义,但水源保护是最重要的。“虽然,现在的技术可以做到连垃圾渗滤液处理后都可以饮用,但是,一切挽救措施都不如保持水源的干净来得重要。”孙国萍说。

  可能会产生臭氧的二次污染

  广东省微生物研究所副所长孙国萍在接受记者采访时指出:“用光催化方法来氧化有机物是很早就已经有的技术。不过,传统的做法是用高能的紫外光来激发二氧化钛,以达到将有机物迅速氧化的目的。如果以普通阳光就能实现这种光催化反应,当然会方便很多。”但是,孙国萍也指出,究竟能否真的加以应用,要看用阳光代替紫外光来做催化,对有机物氧化的程度究竟够不够。“如果天阴、下雨的情况下,净化效果是否还能很稳定?比如1吨的水,需要多大强度的阳光?需要多少钛白粉?能去掉哪些污染物?需要研究者进一步的小试、中试和工业化规模等实验数据才能下判断。”孙国萍指出,目前,光催化二氧化钛多用于一些空气中挥发性的有机物的去污。“饮用水方面很少用到二氧化钛。因为二氧化钛也有使用寿命上的限制。而且最大的副作用在于会产生臭氧,有二次污染的问题。”孙国萍说。虽然臭氧是强氧化剂,能杀菌、有效降低COD(化学需氧量,值越高说明水体受有机物的污染越严重),但同时对人刺激性很强,对皮肤、眼、鼻、喉都会产生刺激,甚至有致癌的风险。从莫里斯的言论来看,保证副产品无害,以及能量与用紫外线时相当,也同样是研究中所要面临的问题,可见,在这方面是否有大的突破,仍需深入探索。

  华南理工大学环境科学与工程学院的胡勇有教授也指出同样的问题,他指出:“这种设备可能要明确使用的方式和条件。比如太浑浊的污水,有可能就不适合用这种方法来处理,浑浊的污水透光效果比较差,用这种光催化的净化方式可能就不行。”

石家庄宇泉环保水处理设备有限公司成立于2004年,注册资金1000万元,占地130亩、建有高标准厂房16000平方米,现有员工180多名,其中高级职称工程师30余人。公司现有水处理设备、水处理器、水过滤器、循环水处理设备、污水处理设备、化工设备四大系列三十多个品种。

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