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污水处理碰上黑科技:盘点行业“硬核”技术,干货满满
阅读量:66 发表时间:2022-08-11

工业、农业、生活、食品加工等领域的废(污)水中含有较高浓度的持久性含氮有机污染物,其毒性大、难以生物降解,并易在生物体内富集,导致人和动物的癌变、畸变等。水环境中持久性含氮有机污染物的防治工作艰巨复杂,用传统方法很难处理。因此,如何高效、简便、环境友好治理持久性有机污染物成为全球前沿研究领域。

那么,废水处理又有哪些黑科技呢?小编带大家来盘点一下。

1、阳光照一照,废水变“肥水”

近日,科技日报记者在山东农业大学采访时了解到,该校殷焕顺、王军教授团队联合攻关,制备的三元铋系光催化剂,使罗丹明B、日落黄和四环素这三种常见含氮污染物基本完全降解,并使其中的有机氮转为铵肥。目前该成果已刊登在国际知名期刊《应用催化B:环境》上。光催化技术作为复合高级氧化技术的一种,在光的照射下,光催化剂表面会产生氧化能力较强的自由基和活性氧,将有机污染物氧化分解,达到去除有机污染物的目的。光催化技术作为一种低能耗、环境友好的净化技术,20世纪六七十年代兴起,一直是国内外学术界研究的热点。目前,光催化剂降解转换效率低、对可见光利用较少等瓶颈难题,制约了光催化技术的研发及其在生产中的应用。

殷焕顺和王军教授团队向记者表示,前人的研究表明,氯氧铋(BiOCl)/碳酸氧铋(Bi2O2CO3)复合纳米材料有较好的光催化活性,但在治理水环境中有机污染物方面的效率仍需要进一步提升。铋(Bi)系金属中有很多材料能在可见光条件下完成光催化,是理想的光催化剂。同时作为一种无毒的元素,铋的泄漏不存在环境污染问题。然而,单一光催化剂材料在治理水环境中有机污染物时,存在着光生电子—空穴重组率高的问题。

为此,该团队创新性地通过一步水热法制备了Bi/BiOCl/Bi2O2CO3三元复合纳米材料,简化了材料制备过程,并以罗丹明B及日落黄和四环素这三种常见的水中有机污染物为目标降解物进行研究。他们的实验结果表明,Bi/BiOCl/Bi2O2CO3复合纳米材料能够快速降解罗丹明B,可见光照射12分钟条件下,1毫克/毫升的复合材料能够将20毫克/千克的罗丹明B降解掉99%,矿化率为91.46%(可见光照射24分钟),降解速率高达0.2694/分钟,相比单一的BiOCl、Bi2O2CO3材料,降解速率分别增加12.58倍和168.38倍。同时,铋在制备的复合纳米材料中稳定性较高,泄漏到环境中的浓度仅为0.8纳克/毫升。他们的研究也发现,由于罗丹明B分子结构中氮元素在光催化过程中生成铵根离子,在使用Bi/BiOCl/Bi2O2CO3复合纳米材料治理后得到的水具有一定肥力,使得原本明显抑制绿豆芽根发育的含罗丹明B废水,在被降解后反而促进绿豆芽根的伸长。

他们还尝试用Bi/BiOCl/Bi2O2CO3复合纳米材料降解其他两种含氮有机污染物日落黄和四环素,结果表明,70分钟可见光照射下,污染物基本完全降解,矿化率分别能够达到85.53%和80.13%。日落黄和四环素分子结构中的有机氮也成功转化为铵根离子,使得降解的废水具有肥力。他们认为,该复合材料也具有广谱降解有机污染物的能力,具有较高的光催化降解能力。

2、数字孪生技术为污水处理装上“智慧大脑”

重庆中法环保研发中心有限公司(以下简称“中法研发”)将携智慧污水厂系列产品亮相2021中国国际智能产业博览会。中法研发此次展示的智慧污水厂系列产品主要由两大核心技术组成:工艺仿真数字孪生系统、三维可视化物理仿真数字孪生系统。


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“可以通过污水生化处理优化运行系统做出这些功效。”该公司相关负责人介绍,系统基于机理和算法模型以最优出水水质和节能为目标的智能控制的污水处理关键技术。今后将包括污泥回流控制系统、硝化液回流控制系统等,其原理是将污水处理的知识和经验转化为模型,构建了“智慧大脑“,可在保证出水水质达标的前提下节约不少能耗。

数字孪生技术在大型城市污水厂智慧转型中的应用入选重庆市大数据应用发展管理局“2021年大数据产业发展项目库”。上述数字孪生技术均在重庆水务环境旗下水处理企业示范应用,并已开展市外的推广拓展工作,表明集团已具备数字化转型的核心能力,将在减碳、增效中发挥重要作用。

3、污水处理行业首款振动膜技术问世 实现水质提升和节能降耗双突破

“双碳”目标下,我国自主创新研发的膜生物反应器技术迎来升级换代。10月11日,“绿色低碳发展 减污降碳协同”振动膜生物反应器(V-MBR)技术发布会在武汉举办。业内专家指出,高科技环保企业北京碧水源科技股份有限公司自主研发的振动膜生物反应器技术,是一项颠覆性技术,处于国际领先水平。这意味着在污水处理领域造成水体富营养化的“总氮”去除有了一剂“良方”,也标志着我国水处理膜技术在同时实现水质提升和节能降耗的方向上取得重大突破,为实现“双碳”目标开辟了一条新路径。

该发布会由中国环保机械行业协会主办,碧水源、中交集团城乡环境技术研发中心承办。来自中国工程院、国务院发展研究中心资源与环境政策研究所、清华大学环境学院、中国环保机械行业协会、国家战略性新兴产业专家委员会、湖北省科技厅有关专家,以及碧水源董事长文剑平、碧水源总经理戴日成、碧水源总工程师俞开昌出席此次发布会。

近年来,全国各地坚决打赢打好碧水保卫战,我国水生态环境保护发生了历史性、转折性、全局性变化。同期,MBR膜生物反应器技术不断取得创新突破,迅速发展,已成为适应更高要求出水水质的主流技术之一。

此次发布的振动膜生物反应器技术,正是在国家实施“污水资源化”和“双碳”目标战略的新形势下,以及污水处理行业由“碳去除”进入“总氮去除”的攻坚阶段的背景下,对传统MBR膜生物反应器技术进行的成功创新升级,由碧水源几十位来自国内外的膜材料专家、机械专家、自动控制专家和水处理专家,历时6年开发的科技创新成果。

4、“黑科技”治污,废水处理后可以喝

赛恩斯环保股份有限公司(以下简称“赛恩斯环保”)成立于2009年,是中南大学产学研合作企业。目前,赛恩斯环保自主研发的各项重金属污染治理技术已推广应用于国内300多家采、选、冶等大中型企业,并荣获多个国家级奖项,成为专业从事重金属污染防治的高新技术企业。

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环保力度加大释放了红利,行业内企业逐渐增多,如何差异化发展,建好企业护城河?

瞄准废水处理这一行业重大需求进行研发,这是赛恩斯环保的作答。记者在赛恩斯环保看到,工业废水流经调节池、反应池、沉淀池,通过加入各种试剂,达到除重金属、降硬度、调pH值的效果,经过多个流程后,废水甚至可以喝。

赛恩斯环保依托中南大学多个技术研究中心和科技创新平台,不断推进重金属污染综合治理技术的研发与推广。新技术在中南大学实验室完成原创性开发,赛恩斯环保负责新技术的工程化应用,在实现新技术快速工程化推广应用的同时,也促进中南大学科研团队的科学研究,达成产学研的深度合作模式。

比如,目前,赛恩斯环保与中南大学联合开发的 “生物制剂多基团协同氧化技术及在有色金属矿采选废水处理中的应用”,该项技术成果在湖南水口山康家湾矿、西藏华钰项目等200多家大型企业推广应用。

除了技术,赛恩斯环保的创新还在于服务。提供综合环境服务,对治理效果负责,按治理效果收费,这是赛恩斯环保针对有色冶炼行业“三废”治理探索出的服务新模式。