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英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院劉旭慶教授和天津工業(yè)大學(xué)劉雍教授合作，以木棉樹為靈感研發(fā)出一款綠色凈水材料，其具備超 80% 的分解效率、以及優(yōu)良的耐久性。

1、只需照射 2 小時(shí)，光降解性能即可提至 90% 以上

當(dāng)給該材料摻雜還原氧化石墨烯、并讓其改性之后，在 21.85 W/dm2的光功率下，只需照射 2 小時(shí)，光降解性能即可提至 90% 以上。

木棉開花后會(huì)形成木棉絮，棉絮中的纖維具備獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)，中空率能達(dá)到 86% 以上，并具備柔軟、光滑、質(zhì)輕、不易纏結(jié)、不霉不蛀等特性，是理想的吸收材料。

但是，木棉纖維的抱合力差，長度上也夠不著可紡長度，因此無法成為單獨(dú)的紡織材料，此前一般多作為填充材料使用，嚴(yán)格意義來講它算是一種廢料和空氣污染物。

而把它制成綠色凈水材料，堪稱“以廢治廢”“以污治污”。審稿人也認(rèn)為該成果非常有趣，即使用傳統(tǒng)觀念上的植物廢料來治理廢水，利用木棉絮纖維表面的化學(xué)修飾構(gòu)建出一個(gè)纖維表面的微平臺(tái)，從而在纖維表面制備半導(dǎo)體顆粒。

水溶液中的污染去除系統(tǒng)需要新的發(fā)展。越來越多的人正通過吸附過程和化學(xué)混凝技術(shù)，來減少污染和控制水污染。然而，傳統(tǒng)吸附技術(shù)只能將有機(jī)污染物從水轉(zhuǎn)移到固體基質(zhì)上，這會(huì)導(dǎo)致二次污染，且需要進(jìn)一步處理。

在這些金屬氧化物中，氧化鋅是一種無毒且相對(duì)經(jīng)濟(jì)有效的 n 型半導(dǎo)體，其寬帶隙為 3.37eV，高結(jié)合能高達(dá) 60MeV。更重要的是，它是一種可調(diào)諧材料，對(duì)紫外光敏感，還可通過摻雜金屬、或其他材料來提高其光催化性能。

此前人們?cè)诠夥纸馑械奈廴疚飼r(shí)，都是直接把材料以粉體的形式撒在需要處理的水體中。但是，他想把光催化劑負(fù)載到纖維上。普通的纖維一般是實(shí)心的，中空纖維將更有效提高催化劑和污水接觸面積。后來，他發(fā)現(xiàn)木棉纖維具有中空結(jié)構(gòu)。

2、為應(yīng)用而生：解決紡織廢水難題

本次成果一開始就是為應(yīng)用而做，即解決紡織廢水的問題。對(duì)他來說，要想實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，只需對(duì)該成果做放大化處理，并解決未來可能存在的問題即可。例如，讓纖維表面處理過程的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互相匹配，就能更快走向應(yīng)用。

具體來說，該技術(shù)成本低所使用的原料，包括氧化鋅、姜黃素、木棉纖維等很便宜，木棉纖維甚至是一種污染物，對(duì)其進(jìn)行利用可謂變廢為寶。同時(shí)，材料制備路線并不復(fù)雜，制備條件也不苛刻，水溶液中即可完成制備，比較符合工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

其所在的英國當(dāng)?shù)胤浅９膭?lì)校企合作。目前，劉旭慶和外部企業(yè)正進(jìn)行的一個(gè)合作是關(guān)于紡織面料數(shù)據(jù)庫的工作，該成果旨在提升設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)便捷度。最近，他正和歐洲一家著名時(shí)尚品牌在合作研發(fā)新型抗菌面料。

其也參與過一些政府和政府之間的合作。例如，在新冠疫情伊始，他就做過關(guān)于抗埃博拉病毒口罩的研究，這是英國政府支援肯尼亞政府的一些工作。一旦進(jìn)行抗菌或者抗病毒的研究，時(shí)間周期會(huì)比較長，因此抗菌產(chǎn)品的形態(tài)仍在探討中。

3、盤點(diǎn)一下各種污水處理技術(shù)

活性污泥技術(shù)：活性污泥技術(shù)是一種生物法，將空氣注入廢水中，使好氧性微生物繁殖培養(yǎng)，形成具有較強(qiáng)吸附能力的活性污泥，生物法已經(jīng)逐漸成為污水處理技術(shù)的主流方法。

A/O工藝法：又稱厭氧好氧工藝法。它能去除廢水中的有機(jī)污染物、氮和磷。對(duì)于高濃度有機(jī)廢水和難降解廢水，在好氧段之前設(shè)置水解酸化段，可顯著提高廢水的可生化性。

A2/O法：生物脫氮除磷工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝、生物硝化及反硝化工藝和生物除磷工藝的綜合。該工藝的BOD5和SS處理效率可達(dá)90%~95%，總氮為70%以上，磷90%左右，適用于需要除氮除磷的大中型城市污水處理廠。但A2/O工藝的建設(shè)和運(yùn)行成本均高于普通活性污泥工藝，對(duì)運(yùn)行和管理要求較高。根據(jù)我國當(dāng)前國情分析，當(dāng)處理后的污水排入封閉水體或緩流水體，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化進(jìn)而影響供水水源時(shí)，才考慮采用該工藝。

化糞池技術(shù)：生活污水的收集和預(yù)處理，不僅能夠收集污水，還可以通過微生物新陳代謝作用去除部分有機(jī)物。

人工快滲：在快速滲濾系統(tǒng)運(yùn)行中，污水周期地向滲濾田灌水和休灌，在土壤層形成的厭氧、好氧交替運(yùn)行狀態(tài)，有利于氮、磷的去除。COD和氨氮的平均去除率分別為79.65%和94.47%，出水達(dá)到GB18918—2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

生態(tài)塘：由氧化塘發(fā)展而來的污水生態(tài)化處理技術(shù)，主要用于污水的二級(jí)深度處理。它是利用天然或人工池塘的污水自凈化能力，以太陽能為初始能量驅(qū)動(dòng)，借助菌藻共生強(qiáng)化系統(tǒng)去除有機(jī)物，以水生植物和水產(chǎn)品、水禽的形式作為資源回收，凈化后的污水也可作為再生水循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)污水資源化，是生態(tài)處理的發(fā)展方向。

穩(wěn)定塘：穩(wěn)定塘技術(shù)是實(shí)現(xiàn)干旱區(qū)污水資源化利用的有效方法。與傳統(tǒng)的二級(jí)生物處理技術(shù)相比，高效藻類塘具有許多獨(dú)特的特性，對(duì)于土地資源相對(duì)豐富但技術(shù)水平相對(duì)落后的農(nóng)村地區(qū)來說，是一種具有推廣價(jià)值的污水處理技術(shù)。

無動(dòng)力地埋式生活污水處理裝置：生活污水進(jìn)入?yún)捬跸兀鬯械膽腋∥锍两党晌勰?，污泥?jīng)過一定時(shí)期的自然發(fā)酵，有機(jī)物得到降解。

生活污水凈化沼氣池：新型生活污水厭氧凈化池（或稱城鎮(zhèn)生活污水凈化沼氣池）是一種小型分散式污水處理裝置。生活污水凈化沼氣池是在化糞池和沼氣池的基礎(chǔ)上開發(fā)的，解決了化糞池處理效果差、沉積污泥多、沼氣池沼氣回收率低的弊端。

地下土壤滲濾系統(tǒng)：在該系統(tǒng)中，污水通過一定結(jié)構(gòu)的入滲溝分布到土壤表面，通過物理、化學(xué)、微生物降解和植物吸收利用等方式對(duì)污染物進(jìn)行處理和凈化。

生物膜技術(shù)：生物膜法是一種主要用于處理分散生活污水的人工處理技術(shù)，包括厭氧生物膜法和好氧生物膜法。厭氧或好氧微生物附著在載體表面，形成生物膜，吸附降解污水中的污染物，達(dá)到凈化的目的。

曝氣生物濾池：簡稱BAF，是集生物膜法和活性污泥法兩者優(yōu)點(diǎn)于一體的第三代生物濾池。BAF具有去除有機(jī)物、有害物質(zhì)、脫氮、除磷的作用。占地面積小、基建投資少、能耗及運(yùn)行成本低。

地埋A/O-人工濕地技術(shù)：是在常規(guī)生化處理基礎(chǔ)上，添加人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行深度處理。人工濕地系統(tǒng)是人為的在有一定長寬比和底面坡度的洼地上用土壤和填料（如礫石等）混合組成填料床，使污水在床體的填料縫隙中流動(dòng)或在床體表面流動(dòng)，并在床體表面種植性能好、成活率高、抗水性強(qiáng)、生長周期長、美觀及具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物(如蘆葦，蒲草和美人蕉等)，形成一個(gè)“基質(zhì)—微生物—植物”的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，并利用這一復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)特有的凈化功能，進(jìn)行高效的水質(zhì)凈化。

一體化MBR工藝：一種將活性污泥法和膜分離系統(tǒng)結(jié)合的高效污水處理工藝，利用膜組件進(jìn)行的固液分離過程取代了傳統(tǒng)的沉降過程，可有效去除固體懸浮顆粒和有機(jī)顆粒，制備無菌水。系統(tǒng)出水可直接用于生產(chǎn)或生活回用。污水經(jīng)該系統(tǒng)處理后的出水，各項(xiàng)指標(biāo)均可以達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

4、污水處理工業(yè)發(fā)展前景分析

中國人均水資源僅為全球平均水平的四分之一，是一個(gè)人均水資源相對(duì)貧乏的。此外，我國水資源分布不均，呈現(xiàn)“東豐西虧，南多北少”的趨勢(shì)。截至2018年底，中國水資源總量2796億立方米，人均水資源量2004立方米/人，僅為平均水平的1/4。

中國90%以上的人口居住在黑騰沖線以東約35%的土地上。人口分布的不平衡加劇了區(qū)域間人均水資源的差異。目前，全國三分之二的城市處于缺水狀態(tài)，140個(gè)城市處于嚴(yán)重缺水狀態(tài)。根據(jù)公認(rèn)的，我國12個(gè)省區(qū)的人均水資源低于嚴(yán)重缺水線，8個(gè)省區(qū)（天津、寧夏、北京、山東、、河北、河南、山西）的人均水資源不足500立方米，較其嚴(yán)重缺水地區(qū)。我國屬季風(fēng)氣候，水資源時(shí)空分布不均，南北自然環(huán)境差異較大。華北地區(qū)人均水資源量不足500立方米。

目前，我國工業(yè)廢水處理行業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多，但大多規(guī)模較小，前十大企業(yè)CR10所占份額不足10%。未來，隨著行業(yè)的發(fā)展，行業(yè)集中度有望提高。