水體富營養化與磷污染控制研究進展

(河南化工職業學院，河南 鄭州 450042)

水體富營養化與磷污染控制研究進展

蔣清民

(河南化工職業學院，河南 鄭州 450042)

重點對國內外在磷污染控制領域的研究進展進行了綜合分析，并提出磷污染控制的可行性措施和建議，對進一步研究我國水體磷污染和治理富水體營養化方面具有一定的理論指導意義。

水體；富營養化；磷；污染；進展

我國是世界上13個最貧水的國家之一，是大國中唯一真正面臨水危機的國家，是制約我國經濟和社會可持續發展的瓶頸。水危機對我們的影響遠遠超過其它危機，它會直接導致能源危機、環境危機、糧食危機、健康危機乃至生存危機。在20世紀初期，水體富營養化問題引起了國外部分生態學家、湖沼學家的注意，并開始對其成因進行初步探索，以便有效地治理富營養化的水體[1]。然而在過去近半個世紀里，人類活動對水體的污染不斷攀升，水體富營養化加劇，其防治進程緩慢。人類可利用淡水受到嚴重威脅，水體富營養化問題亟需行之有效的方法來解決。水體富營養化形成機理復雜，除溫度和水流速度等的影響外，其公認的最主要的因素是氮和磷。目前研究發現磷是導致水體富營養化的一個關鍵因素[2]。引起磷污染的主要來源有：農業排水、生活污水、工業源污染、底泥及沉積物磷的釋放等。從國內外在管理和控制磷污染的現狀來看，控制外源性磷輸入和減少內源性磷負荷以及磷回收技術是研究的側重點。本文在介紹國內外相關研究進展的基礎上，綜合分析我國水體富營養化的現狀，列出現階段防治磷污染的主要措施，對治理水體富營養化實踐方面具有指導意義。

1 水體富營養化概述

1.1 水體富營養化現狀及其危害

近20年來，我國水環境污染和富營養化日趨嚴重。據環境保護部2010年發布的《2009年中國環境狀況公報》有關數據顯示，全國地表水污染依然較重，湖泊(水庫)富營養化問題突出。203條河流408個地表水國控監測斷面中，劣Ⅴ類水質的斷面比例為18.4%。26個國控重點湖泊(水庫)中，營養狀態為重度富營養的11個，占42.3%。主要污染指標為總氮和總磷[3]。

水體富營養化破壞了原有生態系統的平衡，已對我國的社會發展帶來了諸多危害。2007年，太湖藍藻事件，引發了無錫市一場嚴重的飲用水安全危機。1986～2009年，滇池氮、磷一直為Ⅴ～劣Ⅴ類，富營養化程度嚴重，藍藻的生長給滇池的環境和治理工作帶來諸多困難。2008年，鄭州市主要生活飲用水源西流湖和黃河花園口段某調蓄池水體均為富營養化狀態，致使生活用水遭受嚴重影響。南通市城區主要河流地表水水質達標率幾乎為零。南水北調的中線水源區的點源和面源污染狀況也不容樂觀，農業生產中大量不合理使用農藥和化肥，氮、磷、COD等大量富營養物質直接或間接排入庫區，造成水體直接污染。水體富營養化導致水體透明度下降、溶解氧降低、使動植物大量死亡，同時水體富營養化產生的藻毒素類物質釋放的毒素可直接導致家禽、家畜甚至人類的死亡[4-8]。

1.2 導致水體富營養化的原因

導致水體富營養化的原因多種多樣，主要由工業、農業和畜牧業產生的廢水引起。目前，關于水體富營養化理論主要包括：①生命周期理論。氮磷的過量排放是造成水體富營養化的根本原因，其中磷是主導因素。由于人類活動的影響逐漸增加，水體富營養化問題已經成為水質管理關注的焦點，人為排放未加處理或處理不完全的工業廢水和生活污水、有機垃圾和家畜、家禽糞便以及農施化肥是水體富營養化的主要污染源，其中最大的來源是農田上施用的大量化肥，含營養物質的工業廢水和生活污水所引起的水體富營養化可以在短時間內出現[9-10]。②食物鏈理論。1997年荷蘭科學家馬丁肖頓于1997年在“磷酸鹽技術研討會”上提出“食物鏈理論”[11]。該理論認為，自然水域中存在水生食物鏈，如果浮游生物的數量減少或捕食能力降低，將使水藻生長量超過消耗量，平衡被打破，造成水體富營養化。

此外，溫室效應、緩慢的水流狀態、水溫不斷升高等也是導致水體富營養化的因素，而且緩慢的水流條件對湖泊的富營養化影響尤為嚴重[12]。

2 磷在水體富營養化中的作用

藻類的許多物種都能通過固定大氣中的氮來補償生長過程中氮的不足，但是磷沒有類似的大氣儲存庫，所有的磷必須來源于外部輸入或者水體內的循環。丹麥著名生態學家Jorgensen[13]指出浮游藻類的生長是富營養化的關鍵過程。根據對藻類化學成分進行分析研究，Stumn[14]提出在適宜的光照、溫度、pH值及營養物質充分的條件下，天然水體中的藻類進行光合作用，合成本身的藻類原生質：C106H263O110N16P1，最適宜浮游植物生長的氮磷比值是Redfield比值(約為16)。即：氮磷比按元素計為16∶1，按質量計為7∶1。同時，利貝格最小值定律(Leibig law of the minimum)指出: 植物生長取決于外界提供給它的所需養料中數量最少的一種。由此認為,磷是控制湖泊藻類生長的主要因素。中國科學院水生生物研究所通過對長江流域的40個湖泊多年研究，和美國及加拿大的研究人員對安大略湖的附屬湖227號湖的長達37年的分階段施肥實驗，也得出了相同的結論[15-18]。從根本上治理水體富營養化，必須掌握磷污染控制技術。

3 磷污染的來源

根據磷的污染來源，可將污染源分為外源污染源和內源污染源。其中外源污染源又分為點源和面源。水中磷的來源以點源為主，點源包括生活污水、工業廢水、農業排水和固體廢物處理[19]。非點源則包括地表徑流與土地侵蝕、降塵、降雨、降雪、水面娛樂活動廢棄物、水土流失、地下水以及養殖投餌和動物排泄糞便等。我國一些富營養型湖泊污染調查及研究結果表明，通過點源排放的磷通常占有很大的比重，排入湖泊水體中的磷有63.98%來自城市廢水，而來自湖面沉降、湖區徑流和其他來源的磷總量則不足40%。城市污水得不到有效地凈化，直接導致城市水資源短缺問題[20]。通常各種外界來源水體中磷的貢獻率由高到低依次為：農業排水、生活污水、工業源污染。農業上，含磷化肥被過度使用，大量磷隨地表徑流流失。我國是一個農業大國，化肥施用量已達1億t，占施肥總量75%～90%的磷滯留在土壤中，水土流失導致大量磷成分通過各種途徑進入水體[21]。城鎮生活污水中來自使用合成洗滌劑產生的磷占50%，工業廢水中的磷源主要來自少數生產磷和磷化合物的廠礦、循環冷卻水處理中采用的磷系藥劑和金屬表面處理過程中產生的磷酸鹽廢水等。此外，食品加工、發酵、魚品加工、磷肥工業、洗滌劑、金屬拋光等工廠的廢水也含有大量的磷。

內源污染源主要是指底泥及沉積物，其中的內源性磷可在一定的條件下向水體釋放，形成磷的二次污染，有的湖泊90%的磷分布在底泥中。調查研究發現杭州西湖沉積物每年磷的釋放量達到1.3 t，幾乎相當于年入湖磷負荷量的41%；安徽巢湖沉積物磷的釋放量220 t左右，是入湖磷負荷量的21%。因此，底泥作為“內污染源”的作用是不容低估的。

4 磷污染的控制技術

富營養化水體中磷污染由于來源廣、處理難，所以磷污染的防治十分棘手且代價昂貴。 磷污染的控制應根據實際污染情況和磷的主要來源進行研究。目前通常采用的措施可分為兩類：控制外源性磷輸入和減少內源性磷負荷。

4.1 控制外源性磷輸入

絕大多數水體富營養化主要是外界輸入的營養物質在水體中富集造成的。如果減少或者截斷外部輸入的營養物質，就使水體失去了營養物質富集的可能性。從長遠觀點來看，要想從根本上控制水體磷污染，首先應該著重減少或者截斷外部磷污染的輸入。控制外源性磷污染可以采取以下措施：①制訂更加嚴格的城鎮污水處理廠磷排放標準。在《地表水環境質量標準(GB3838-2002)》中，地表水環境質量標準目標準限值中Ⅴ類水的總磷濃度≤0.4 mg/L(湖庫中為0.2 mg/L)，而《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》中二級排放標準的總磷濃度≤3 mg/L，一級排放標準的總磷濃度≤1 mg/L，均嚴重超出地表水Ⅴ類水目標準限值，加重了地表水磷污染控制難度[22]。②根據湖泊水環境磷容量，實施總量控制。③實施截污工程或者引排污染源。④合理使用土地，最大限制地減少土壤侵蝕、水土流失與肥料流失。如：在農村推廣生態農業工程通過改進施肥方式限制肥料的施入以及施肥時間[23]。

4.2 減少內源性磷負荷

4.2.1 工程性措施

工程性措施主要包括底泥疏浚、進行水體深層曝氣、注水沖稀以及在底泥表面敷設塑料等。底泥疏浚是控制治理已經嚴重富營養化水域的最直接有效的方法，但成本很高，如我國滇池、杭州西湖等就采取過這種方法[24]。深層曝氣法對于小型湖泊等具有良好的效果，但對河流、大型湖泊會受到經濟和技術條件的制約。在有條件的地方，可向受污水體注入含磷濃度低的水，稀釋水體中磷的濃度[25]。

4.2.2 生物操縱法

生物操縱法是一種利用水生生物吸收利用磷元素進行代謝活動以去除水體中磷營養物質的方法。包括水生動物修復方法和水生植物修復方法。水生動物修復方法是利用湖泊生態系統食物鏈中的蚌螺、草食性浮游動物和魚類，對富營養化水體中的營養鹽類、有機碎屑和浮游植物進行直接吸收的方法。如養殖草食性魚類 (如白鰱、花鰱、鯽魚等)，不僅有經濟價值，而且還可以除去水中大量的磷。國內外的研究均已取得了明顯的效果[26]。植物修復方法又包括生物浮床技術、水生植被修復技術和人工濕地植物修復技術，不僅美化水域景觀，又能達到降低水體中磷含量的目的，也是目前國內外治理湖泊水體富營養化所采用的重要措施[27-29]。

4.2.3 物理化學法

物理化學法主要有混凝沉淀法、吸附法、離子交換吸附法、反滲透等工藝，主要適合處理無機態含磷廢水。目前這些方法的不足之處是成本費用較高，其中實際工程應用較多的是沉淀法和吸附法[30]。在化學法中，還有一種用殺藻劑殺死藻類的方法。殺藻劑將藻殺死后，需將殺死的藻類及時撈出，或者再投加適當的化學藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降，以免造成二次污染。

4.2.4 微生物法

微生物法主要適合處理低濃度及有機態含磷廢水。其工藝中微生物首先通過厭氧條件將細胞中的磷釋放，然后進入好氧狀態，攝取比在厭氧條件下釋放得更多的磷，即利用其對磷的過量攝取能力將高含磷污泥以剩余污泥的方式排放出系統之外，從而降低磷的含量。微生物除磷法具有良好的處理效果，沒有化學沉淀法污泥難處理的缺點，且不需投加沉淀劑，但管理要求較嚴格，且除磷率在60%左右，難有新的提高[31]。

4.2.5 反應器工藝除磷

目前國內外采用較多的反應器除磷工藝主要包括：膜生物反應器除磷法(MBR)，Dephanox工藝除磷法和BCFS工藝除磷法。膜生物反應器法是近年新開發的將膜分離技術與傳統污水生物處理技術有機結合而產生的廢水處理新工藝，MBR具有傳統污水處理技術無法比擬的優點，可以去除污水中99%的磷，并可使出水總磷濃度低至0.005 mg/L[32]。Dephanox工藝，是Bortone G等[33]于1996年提出的一種基于膜生物反應器的新工藝。該工藝能耗低，COD消耗低且污泥產量低，解決了除磷與脫氮之間的矛盾。BCFS工藝是荷蘭代爾夫特工業大學Kluyver生物技術實驗室研發的一種改進型新工藝，BCFS工藝中除磷菌的數量比常規工藝多，能承受更大的負荷峰值。由于它的高效性，這一技術已經被廣泛應用于城市污水處理中，有著廣泛的發展空間[34]。

4.2.6 其他除磷技術

其他除磷技術還包括調節家畜飼料除磷、磁場除磷等。家禽飼料中的磷主要以植酸磷形式存在，而豬雞等家禽胃里內缺乏或沒有植酸酶，因此家禽對飼料中磷的利用率很低，只有1/3～1/2。人們為了滿足家禽對磷的需要，向飼料中添加大量無機磷，其中有50%～75%的磷沒有被吸收，隨糞便排入體外。糞便中的含磷量大大超過農田的消納容量，在降雨沖刷和農田排水的作用下，磷隨著徑流向水體遷移，造成水體的磷污染。目前已有研究報道，通過向飼料中加入相應酶和合理調節飼料中無機磷的量，可以減少家禽糞便中磷的含量，從而降低農田徑流的含磷量和水體被污染的風險[35-36]。由于高梯度磁分離器的發明，高梯度磁分離(HGMS)技術已經廣泛被應用到礦物加工和廢水處理中，對一些磁性或順磁性物質(Fe3O4、γ-Fe2O3和α-Fe2O3)進行處理。隨著高梯度磁分離對非磁性物質也有一定去除能力的發現，這項技術開始被應用于城市污水的治理[37]。

5 磷的回收技術

磷雖然是水體富營養化的重要污染因素，但在不遠的將來磷將成為人類和陸地生命活動的限制因素。到2050年，世界磷酸鹽的消耗量將達到1億t，全世界磷礦儲量只能維持100年左右。從污染水體中去除的磷如果處置不當再次進入水體中還會造成二次污染，通過技術手段將磷從污水中回收，對國民經濟的可持續發展具有重要意義。目前國內外主要采用的回收技術包括以下幾種：

5.1 沉淀法

該方法是通過投加化學沉淀劑與廢水中的磷酸鹽生成難溶沉淀物，可把磷分離出去，同時形成的絮凝體對磷也有吸附去除作用。常用的混凝沉淀劑有石灰、明礬、氯化鐵、石灰與氯化鐵的混合物等。為了降低廢水的處理成本，提高處理效果，研究人員在研制開發新型廉價高效化學沉淀劑方面做了大量工作[38]。目前意大利、日本、英國、荷蘭、澳大利亞等國家已經廣泛采用鳥糞石沉淀作為從污水中回收磷的主要形式，即MAP沉淀法。回收的磷酸鹽主要作為農業肥料和磷酸鹽工業原料，pH值對此法影響顯著[39-40]。

5.2 結晶法

結晶法一般指通過向反應器中加入晶種，降低界面能，使磷酸鹽化合物析出來并沉積在晶種材料的表面上。結晶除磷技術自20世紀70年代開始發展，是為了響應更加嚴格的磷去除要求和產生有市場價值的最終產品。結晶法的突出優點在于磷回收過程不產生附加污泥，磷結晶在誘導晶種上，易于分離，且純度較高。向反應器中投加晶種可加快晶體成核速度，使難溶鹽結晶于晶種表面，即誘導結晶[41]。添加的顆粒通常有石英砂、無煙煤、多孔陶粒，也有報道使用價格便宜的黃砂、焦炭等，結晶反應器的形式有柱狀流化床、固定床、phosinix、雙反應器等[42]。

5.3 電滲析法

電滲析是一種膜分離技術，在外加直流電場的作用下，利用陰離子交換膜和陽離子交換膜的選擇透過性，使一部分磷酸根離子透過離子交換膜而遷移到另一部分水中，從而使一部分水磷酸根離子濃度降低而另一部分水中磷酸根濃縮的過程。

5.4 離子交換法和焚燒法

離子交換法的基本原理是利用離子交換樹脂的吸附作用從污水中回收磷。日本武田制藥采取該技術回收磷很成功，但成本很高。美國使用聚合物的離子交換裝置除磷，這種樹脂從低濃度含磷污水(含磷2.5 mg/L左右) 中能去除95%左右的磷酸鹽，并產生適合于鳥糞石或磷酸鈣沉淀的濃縮液[43]。林建偉等[44]系統地考察了溴化十六烷基吡啶(CPB)改性沸石對磷酸鹽的吸附—解吸性能，認為利用陽離子表面活性劑改性沸石有望對污水中磷進行回收。焚燒法是將含磷污泥干化焚燒后，無機殘余物中磷含量接近于普通磷礦石。通過添加硫酸或者鹽酸控制pH值在2.0左右，將殘余物鹽分解，加入堿液控制pH值在4.0左右使磷酸鋁等磷酸鹽沉淀分離，繼續加入堿液可以使重金屬沉淀分離，該工藝可回收約90 %的磷。

今后的磷回收技術將是多項技術的集成，尤其是生物處理技術與化學方法的結合，通過各種工藝的優化組合，實現磷資源的最大回收。

6 展望

近年來磷污染狀況嚴重，污染源復雜。事實證明單純依靠限制生產和使用含磷洗衣粉這種單一的禁磷措施很難取得長久明顯的治理效果，治理水體磷污染時需要從根本上控制污染源，是許多學者一致的意見。要從污染源頭進行控制，防止出現“邊治理、邊污染”，從外源污染與內源污染兩方面著手，采取因地制宜、綜合治理的方針，削減污染量。我國應盡快制定并實施鼓勵磷回收的政策，并在充分吸收國外已有研究成果的基礎上，加強我國在這一領域的科研和技術推廣，研究出適合我國國情的磷污染控制和回收技術來減輕水體富營養化程度，取得綜合的環境和生態效益，從而保證人類生活和工業生產長期可持續發展。磷污染處理沒有快速解決的辦法，對于磷污染的控制需要來自個人、工業、農業、國家和地方政府的長期努力，而管理者、社會團體和工業間的合作是非常重要的。僅僅靠科技不能解決水體富營養化。徹底解決問題，需要一系列社會的、經濟的、技術的和規范的行為。只要我們共同努力，相信磷污染控制技術會在自然界與人類社會可持續發展中做出應有的貢獻。

[1]何淑英,徐亞同,胡宗泰,等.湖泊富營養化的產生機理及治理技術研究進展[J].上海化工，2008，33(2)：1-5.

[2]蔡龍炎,李 穎,鄭子航.我國湖泊系統氮磷時空變化及對富營養化影響研究[J].地球與環境，2010,38(2)：235-241.

[3]周生賢.2009年中國環境狀況公報[R].北京:國家環保總局,2010：1-53.

[4]楊松琴，張慧珍,巴 月，等.水體富營養化狀況的人工神經網絡預測模型的建立[J].衛生研究，2008，37(5)：543-545.

[5]蔣慶豐，周 琳,趙 玲，等，南通市區河道磷污染分布特征[J].南通大學學報：自然科學版，2009，8(3)：42-46.

[6]王曉峰,趙 璐,解維寧.南水北調中線陜西水源區環境質量評價[J].長江流域資源與環境，2009，18(12)：1137-1142.

[7]Gregor K,Sophie V.Eutrophication and endangered aquatic plants: an experimental study on Baldellia ranunculoides (L.) Parl.(Alismataceae)[J].Hydrobiologia,2009，635:181-187.

[8]吳國平,鄭 豐，涂建峰，湖泊富營養化危害機理研究[J].水利水電快報，2007,28(12)：4-5.

[9]Kirilova E P,Cremer H,Heire O,et al. Eutrophication of moderately deep Dutch lakes during the past century: flaws in the expectations of water management[J].Hydrobiologia,2010，637:157-171.

[10]袁夫臣.水體富營養化及其防治[J].現代農業科學，2008，15(4)：43-44.

[11]韋立峰.淺談水體富營養化的成因及其防治[J].中國資源綜合利用,2006,8:25-27.

[12]王 冬,張進忠.水體沉積物中磷釋放的影響因素[J].內蒙古環境科學,2008,20(1):45-48.

[13]Jorgensen.Application of ecology in environmental management[M].Boca Raton,FL,USA:CRC Press,1983.

[14]饒 群,芮孝芳.富營養化機理及數學模擬研究進展[J].水利,2001,21(20):15-19.

[15]張 晟,李崇明,鄭丙輝,等. 三峽庫區次級河流營養狀態及營養鹽輸出影響[J].環境科學,2007,28 (3):500-504.

[16]劉臘美,龍天渝,李崇明. 三峽水庫上游流域非點源顆粒態磷污染負荷研究[J].長江流域資源與環境，2009,18(4)：320-325.

[17]Ekholm P,Krogerus K.Bioavailability of phosphorus in purified municipal wastewaters[J].Wat Res,1998,32(2):343-351.

[18]Mehner T,Diekmann M,Gonsiorczyk T,et al .Rapid recovery from eutrophication of a stratified lake by disruption of internal nutrient load[J].Ecosystems,2008，11:1142-1156.

[19]錢 茜，王玉秋.我國中水回用現狀及對策[J].再生資源研究，2003(1)：27-30.

[20]張志劍,王 珂,朱蔭湄,等.浙北水稻主產區田間土水磷素流失潛能[J].環境科學,2001,2(1):8-101.

[21]Huang J L，Hong H S. mparative study of two models to simulate diffuse nitrogen and phosphorus pollution in a medium-sized watershed，southeast China[J].Estuarine，Coastal and Shelf Science，2010，86：387-394.

[22]呂凱，王樹恩. 我國環境法的一個重要而現實的問題[J]. 《生產力研究》2007,2：79-80.

[23]俞興東.水體富營養化與防治對策[J].中國水運：理論版·自然科學，2006,4(1)：6-8.

[24]莫灼均.城市景觀水體富營養化污染及治理技術初探[J].廣東化工，2010,37(7)：239-244.

[25]孫華,梁偉. 我國水體磷污染及其監控管理技術的研究[J].浙江師范大學學報：自然科學版，2007,30(2):201-205.

[26]宋旭,蔡繼杰,丁學鋒,等.富營養化水體的物理-生態修復技術發展綜述[J].農業環境科學學報,2007,26(S2):465-468.

[27]邢麗貞,王立鵬,張志斌,等.湖泊內源磷的釋放與富營養化的植物修復[J].四川環境，2010,29(3)：71-76.

[28]Gao J Q,Xiong Z T,Zhang J D,et al.Phosphorus removal from water of eutrophic Lake Donghu by five submerged macrophytes[J].Desalination,2009,242:193-204.

[29]Covneny M F,Stites D L.Nutrient removal from eutrophic lake water by wetland filtration[J].Ecological Engineering,2002,19:141-159.

[30]Zhang G S,Liu H J,Liu R P,et al.Removal of phosphate from water by a Fe-Mn binary oxide adsorbent[J].Journal of Colloid and Interface Science,2009 (335) :168-174.

[31]楊炎明,劉樹元,鄭顯鵬,等.污水除磷技術現狀及其發展趨勢[J].濟南大學學報(自然科學版),2008,22(2)：166-169.

[32]肖新程，董業斌，李志東.膜生物反應器脫氮除磷技術的研究進展[J].工業用水與廢水，2009,40(5)：5-9.

[33]劉曉亮,李亞新.生物除磷機理與新工藝[J].山西建筑,2006,32(1)：191-192.

[34]尹 軍,吳相會,王曉玲,等.污水生物除磷技術若干研究進展[J].中國資源綜合利用,2009(1)： 24-27.

[35]Angle C R,Powers W J,Applegate T J,et al.Influence of phytase on water soluble phosphorus in poultry and swine manure[J].J Environ Qual,2005,34:563-571.

[36]Penn C J,Mullins G L,Zelazny L W,et al.Surface runoff losses of phosphorus from Viginia solis amended with turkey manure using phytase and high available phosphorus corn diets[J].J Environ Qual,2004,33:1431-1439.

[37]Hhang Z L,Hu Y H,Xu J,et al.Removal of phosphate from municipal sewage by high gradient magnetic separation[J].Journal CSUT,2004,11(4)：391-394.

[38]王莎莎.環境中磷污染的危害及常用的除磷方法研究[J].教育經濟研究，2008(5)：4.

[39]賈永志，呂錫武.污水處理領域磷回收技術及應用[J].水資源保護，2007,23(5)：59-62.

[40]汪慧貞，王紹貴. pH值對污水處理廠磷回收的影響[J].北京建筑工程學院學報,2004，20(4)：5-8.

[41]王 兵，趙興武. 城市污水污泥磷回收技術[J].當代化工，2010,39(2)：177-179.

[42]張林生,葉 峰,吳海鎖,等.多孔陶粒結晶床除磷試驗研究[J].東南大學學報:自然科學版，2003,33 (5)：664-667.

[43]徐 微，楊賢明.污水磷回收方法與技術概述[J].山西建筑，2010,36(20)：152-154.

[44]林建偉，劉 漪，詹艷慧.CPB改性沸石對磷酸鹽的吸附—解吸性能研究[J].環境工程學報，2010,4(3)：575-580.

新催化劑可在低壓下將二氧化碳轉為甲醇

美國斯坦福大學、斯坦福直線加速器中心國家加速器實驗室(SLAC)和丹麥技術大學組成的一個國際研究小組通過計算機篩選出可在低壓下將二氧化碳轉化為甲醇的新型催化劑鎳—鎵(Ni5Ga3)。甲醇是塑料產品、黏合劑和溶劑的主要成分及有前景的運輸燃料。該研究結果發表在近日《自然·化學》在線版上。

該研究主要作者、SLAC的科學家費利克斯·斯圖特說：“甲醇是在高壓下用氫氣、二氧化碳和天然氣中的一氧化碳生成的。我們正在從清潔資源中尋找低壓條件下產生甲醇的方法，最終開發出利用清潔的氫生成甲醇的無污染制造過程。”

現有的甲醇廠內，天然氣和水被轉化為包括一氧化碳、二氧化碳和氫氣的“合成氣”，然后該合成氣通過由銅、鋅和鋁構成的催化劑在高壓過程下轉化成甲醇。

據每日科學網、物理學家組織網近日報道，斯圖特和其同事花費了很多時間去研究甲醇合成及其工業生產過程，并從分子水平上弄清楚了甲醇合成時銅—鋅—鋁催化劑的活性位點，而后開始尋找能夠在低壓條件下，只使

用氫氣和二氧化碳合成甲醇的新催化劑。斯圖特與合作者弗蘭克·彼得森開發了一個龐大的計算機數據庫，從中搜索出富有前途的催化劑，以取代在實驗室里測試各種化合物的方式。該論文的合著者之一、斯坦福大學化學工程教授延斯解釋說：“該技術被稱為計算材料設計。你可以得到完全基于計算機運算的新型功能材料。首先通過巨大的計算能力識別新的和有趣的材料，然后進行實驗測試。”

在數據庫中，斯圖特將銅—鋅—鋁催化劑與成千上萬的其他材料相比，發現最有前途的候選是一個稱為鎳—鎵的化合物。丹麥技術大學的研究團隊隨后合成出鎳和鎵組成的固體催化劑。研究團隊進行一系列的實驗，以查看新的催化劑是否可在普通壓力下產生甲醇。

實驗室測試證實，計算機做出了正確的選擇。在高溫下，鎳—鎵比傳統的銅—鋅—鋁催化劑能產生更多的甲醇，并大大減少了副產品一氧化碳的產量。研究人員指出，鎳比較豐富，雖然鎵較昂貴，但被廣泛應用于電子行業。這表明，新的催化劑最終可以擴大規模用于工業。

ResearchProgressonEutrophicationandPhosphorusPollutionControl

JIANGQing-min

(Henan Vocatinal College of Chemical Technolegy,Zhenghou 450042,China)

The research progress of phosphorus pollution control at home and abroad are analyzed.The feasible measures and suggestions for phosphorus pollution control are put forward.The article is significative in theory guidance for the further study of phosphorus pollution and restoration of eutrophicated water body.

waterbody ; eutrophication ; phosphorus ; pollution ; progress

2013-12-28

蔣清民(1962-)，男，副教授，從事化工技術與環境保護方面的研究工作，電話：(0371)86638356。

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1003-3467(2014)02-0024-06