生物質凈化磚的開發與應用

史飛++吳金棟++李軍

【摘 要】 當前我國面臨的水資源短缺且水質惡化問題日益嚴重，但傳統污水處理方法的處理量不足，對于環境治理效果有限，采用的設備裝置成本投入量大，運行過程復雜。生物質凈水磚使用天然生物質灰渣為主要基材，采用“吸附-降解凈水法”和“吸附-高級氧化法”的組合凈水過程，摻加碳納米管和枯草芽孢桿菌等有益菌制成。生物質凈水磚在北海公園和大觀園水域的示范項目中取得良好的效果。

【關鍵詞】 生物質灰 碳納米管 水凈化磚

1 我國水污染狀況

隨著我國近代工業化和城鎮化的不斷發展，水資源短缺且水質惡化問題日益嚴重。我國人均水資源，已不足世界人均水平的1/4，是一個資源型缺水的國家[1]。同時，因為水源的水質達不到國家規定的飲用水水質標準，我國還是一個水質型缺水的國家。如果得不到及時緩解，將會直接或間接地威脅著我國人民的生存和發展。環保部2012年中國環境公報[2]顯示：十大流域的國控斷面中，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質斷面比例分別為68.9%、20.9%和10.2%。主要污染指標為化學需氧量、五日生化需氧量和高錳酸鹽指數。62個國控重點湖泊（水庫）中，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質的湖泊（水庫）比例分別為61.3%、27.4%和11.3%。主要污染指標為總磷、化學需氧量和高錳酸鹽指數。

2 我國水污染的根源

2013年，我國化學需氧量排放總量為2352.7萬噸，氨氮排放總量為245.7萬噸[3]，主要來源于工業污水排放、生活污染水排放和農業污水排放等。表1為2013年全國廢水中主要污染物排放量。

3 生物質水凈化磚的開發

由于水污染對于生態環境甚至對人類、以及動、植物的生存、繁衍造成極大地威脅，人們不斷積極尋求水污染的治理方案。傳統的水處理方法有物理化學法，如化學沉淀、物理吸附、過濾法等都取得了不錯的凈化、治理效果[4]。然而上述污水處理技術都采用先將污水集中，是對于特定污水進行凈化，其污水的處理量不足，對于環境治理效果有限，而且采用的設備成本投入量大，運行過程復雜。為此，研發一種免維護、長期高效、環境友好的生物質水凈化磚，將為我國水污染治理提供一條有益探索之路。

3.1 開發的思路

生物質凈水磚的凈水思路是基于“吸附-降解凈水法”和“吸附-高級氧化法”的組合凈水過程?！拔?降解凈水法”就是利用微生物的新陳代謝作用將廢水中氨氮、磷、去除的一種方法?！拔?高級氧化法”是在CNT-生物質磚外表面擔載光敏性材料，在光線的作用下產生羥基自由基，羥基自由基具有極強的得電子能力也就是氧化能力，氧化電位2.8V。羥基自由基將廢水中氨氮氧化成為無毒無害氮氣，反應方程如下：

NH4++OH→0.5N2↑+H2O

3.2 細菌的固定化技術

細菌的固定化技術是用化學或物理的方法將游離細胞定位于材料的限定空間中，并使其保持生物活性且可反復利用的生物技術。適用于廢水處理的固定化載體應具有以下性能：（1）對微生物無毒，生物滯留量高；（2）傳質性能好；（3）性質穩定，不易被生物降解； （4）機械強度高，使用壽命長；（5）固定化操作簡單；（6）對其他生物的吸附??；（7）價格低廉[5]。下表2為細菌固定化技術選用的載體。

生物質發電廠灰渣的主要組成為硅酸鹽、鉀鹽以及鐵的化合物。此外，灰分中還含有錳、鎂、鋅、鈣、硼等對作物有益的元素，其重金屬含量也遠遠低于相應的國家環保標準[6]。經過燒結的生物質發電廠灰渣質輕多孔，是優良的吸附材料。

3.3 產品開發

生物質水凈化磚利用生物質發電廠鍋爐發電產出的副產品：植物性灰渣為主要載體，摻加部分凝固用高標準水泥，少部分沙子或碎石子以及一定比例的碳納米管分散液、光觸媒和枯草芽孢桿菌等。質層一種碳納米管吸附/微生物分解復合型水凈化磚，生物質凈化磚為多孔結構，重量在20～25千克，每塊磚可以凈化5噸水，生命周期為3年。下圖1為HB19型凈化磚制作工藝及成品。

4 生物質水凈化磚的應用

2012年6月開始，科研人員陸續在北京大觀園水體和北海公園水體中放置了使用納米技術和生物材料技術開發制作的生物質凈化磚。試驗一共使用三種型號的凈水磚，在每一處水體同時選擇多個實驗點，從6月到9月，每周取水樣約144個，分別進行pH值、色度、濁度、懸浮物（ss）、氯化物（以Cl計）、硫酸鹽（以SO42-計）、溶解性總固體（TDS）、化學需氧量（COD-Cr）、高錳酸鉀指數（COD-Mn）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）、硝氮（NO3-N）、亞硝氮（NO2-N）、總氮（TN）、溶解性磷酸鹽（DP）、總磷（TP）、葉綠素a、總大腸桿菌群、重金屬等測試分析，取得了大量詳實的數據，分析結果表明：不同型號CNT水質凈化磚對相應水體的某些指標有明顯下降作用。

5 結語

生物質發電廠鍋爐產生的植物性灰渣，經過高溫燃燒后內部幾乎不含有其他雜菌，植物灰渣特有的多孔結構，使制成的水體凈化磚有較強的吸附能力，適合生長在上面的枯草桿菌等吸附、分解污水中的有害物質，同時抑制有害細菌（如大腸桿菌）的生長。生物質凈化磚無需專用設備、專用場地處理污水，只需簡單鋪設，便可在一定水域中發揮作用，吸附、分解污染物，消耗污水惡臭從而達到凈化水質的目的，具有適用范圍廣、實用性強的特點。

參考文獻：

[1]王皓.淺析我國水體污染現狀、來源及治理措施[C].《河北環境科學》，華北五省市環境科學學會第十七屆年會論文集，2011.

[2]中華人民共和國環境保護部.2012年中國環境公報[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2012zkgb/201306/t20130606_253418.htm，2013-06-06.

[3]中華人民共和國環境保護部. 2013年中國環境公報[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2013zkgb/201406/t20140605_276485.htm，2014-06-05.

[4]李先會.水生植物-微生物系統凈化水質效應研究[D].無錫：江南大學，2008，6.

[5]陳尚智.枯草芽孢桿菌的固定及其對污染水體的凈化研究[D].廣州：華南理工大學，2011，4.

[6]莊會永，徐永進，李軍等.生物質電廠灰渣成分及利用前景分析[J].中國新能源發電網，2008-7-10.endprint

【摘 要】 當前我國面臨的水資源短缺且水質惡化問題日益嚴重，但傳統污水處理方法的處理量不足，對于環境治理效果有限，采用的設備裝置成本投入量大，運行過程復雜。生物質凈水磚使用天然生物質灰渣為主要基材，采用“吸附-降解凈水法”和“吸附-高級氧化法”的組合凈水過程，摻加碳納米管和枯草芽孢桿菌等有益菌制成。生物質凈水磚在北海公園和大觀園水域的示范項目中取得良好的效果。

【關鍵詞】 生物質灰 碳納米管 水凈化磚

1 我國水污染狀況

隨著我國近代工業化和城鎮化的不斷發展，水資源短缺且水質惡化問題日益嚴重。我國人均水資源，已不足世界人均水平的1/4，是一個資源型缺水的國家[1]。同時，因為水源的水質達不到國家規定的飲用水水質標準，我國還是一個水質型缺水的國家。如果得不到及時緩解，將會直接或間接地威脅著我國人民的生存和發展。環保部2012年中國環境公報[2]顯示：十大流域的國控斷面中，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質斷面比例分別為68.9%、20.9%和10.2%。主要污染指標為化學需氧量、五日生化需氧量和高錳酸鹽指數。62個國控重點湖泊（水庫）中，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質的湖泊（水庫）比例分別為61.3%、27.4%和11.3%。主要污染指標為總磷、化學需氧量和高錳酸鹽指數。

2 我國水污染的根源

2013年，我國化學需氧量排放總量為2352.7萬噸，氨氮排放總量為245.7萬噸[3]，主要來源于工業污水排放、生活污染水排放和農業污水排放等。表1為2013年全國廢水中主要污染物排放量。

3 生物質水凈化磚的開發

由于水污染對于生態環境甚至對人類、以及動、植物的生存、繁衍造成極大地威脅，人們不斷積極尋求水污染的治理方案。傳統的水處理方法有物理化學法，如化學沉淀、物理吸附、過濾法等都取得了不錯的凈化、治理效果[4]。然而上述污水處理技術都采用先將污水集中，是對于特定污水進行凈化，其污水的處理量不足，對于環境治理效果有限，而且采用的設備成本投入量大，運行過程復雜。為此，研發一種免維護、長期高效、環境友好的生物質水凈化磚，將為我國水污染治理提供一條有益探索之路。

3.1 開發的思路

生物質凈水磚的凈水思路是基于“吸附-降解凈水法”和“吸附-高級氧化法”的組合凈水過程?！拔?降解凈水法”就是利用微生物的新陳代謝作用將廢水中氨氮、磷、去除的一種方法?！拔?高級氧化法”是在CNT-生物質磚外表面擔載光敏性材料，在光線的作用下產生羥基自由基，羥基自由基具有極強的得電子能力也就是氧化能力，氧化電位2.8V。羥基自由基將廢水中氨氮氧化成為無毒無害氮氣，反應方程如下：

NH4++OH→0.5N2↑+H2O

3.2 細菌的固定化技術

細菌的固定化技術是用化學或物理的方法將游離細胞定位于材料的限定空間中，并使其保持生物活性且可反復利用的生物技術。適用于廢水處理的固定化載體應具有以下性能：（1）對微生物無毒，生物滯留量高；（2）傳質性能好；（3）性質穩定，不易被生物降解； （4）機械強度高，使用壽命長；（5）固定化操作簡單；（6）對其他生物的吸附?。唬?）價格低廉[5]。下表2為細菌固定化技術選用的載體。

生物質發電廠灰渣的主要組成為硅酸鹽、鉀鹽以及鐵的化合物。此外，灰分中還含有錳、鎂、鋅、鈣、硼等對作物有益的元素，其重金屬含量也遠遠低于相應的國家環保標準[6]。經過燒結的生物質發電廠灰渣質輕多孔，是優良的吸附材料。

3.3 產品開發

生物質水凈化磚利用生物質發電廠鍋爐發電產出的副產品：植物性灰渣為主要載體，摻加部分凝固用高標準水泥，少部分沙子或碎石子以及一定比例的碳納米管分散液、光觸媒和枯草芽孢桿菌等。質層一種碳納米管吸附/微生物分解復合型水凈化磚，生物質凈化磚為多孔結構，重量在20～25千克，每塊磚可以凈化5噸水，生命周期為3年。下圖1為HB19型凈化磚制作工藝及成品。

4 生物質水凈化磚的應用

2012年6月開始，科研人員陸續在北京大觀園水體和北海公園水體中放置了使用納米技術和生物材料技術開發制作的生物質凈化磚。試驗一共使用三種型號的凈水磚，在每一處水體同時選擇多個實驗點，從6月到9月，每周取水樣約144個，分別進行pH值、色度、濁度、懸浮物（ss）、氯化物（以Cl計）、硫酸鹽（以SO42-計）、溶解性總固體（TDS）、化學需氧量（COD-Cr）、高錳酸鉀指數（COD-Mn）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）、硝氮（NO3-N）、亞硝氮（NO2-N）、總氮（TN）、溶解性磷酸鹽（DP）、總磷（TP）、葉綠素a、總大腸桿菌群、重金屬等測試分析，取得了大量詳實的數據，分析結果表明：不同型號CNT水質凈化磚對相應水體的某些指標有明顯下降作用。

5 結語

生物質發電廠鍋爐產生的植物性灰渣，經過高溫燃燒后內部幾乎不含有其他雜菌，植物灰渣特有的多孔結構，使制成的水體凈化磚有較強的吸附能力，適合生長在上面的枯草桿菌等吸附、分解污水中的有害物質，同時抑制有害細菌（如大腸桿菌）的生長。生物質凈化磚無需專用設備、專用場地處理污水，只需簡單鋪設，便可在一定水域中發揮作用，吸附、分解污染物，消耗污水惡臭從而達到凈化水質的目的，具有適用范圍廣、實用性強的特點。

參考文獻：

[1]王皓.淺析我國水體污染現狀、來源及治理措施[C].《河北環境科學》，華北五省市環境科學學會第十七屆年會論文集，2011.

[2]中華人民共和國環境保護部.2012年中國環境公報[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2012zkgb/201306/t20130606_253418.htm，2013-06-06.

[3]中華人民共和國環境保護部. 2013年中國環境公報[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2013zkgb/201406/t20140605_276485.htm，2014-06-05.

[4]李先會.水生植物-微生物系統凈化水質效應研究[D].無錫：江南大學，2008，6.

[5]陳尚智.枯草芽孢桿菌的固定及其對污染水體的凈化研究[D].廣州：華南理工大學，2011，4.

[6]莊會永，徐永進，李軍等.生物質電廠灰渣成分及利用前景分析[J].中國新能源發電網，2008-7-10.endprint

【摘 要】 當前我國面臨的水資源短缺且水質惡化問題日益嚴重，但傳統污水處理方法的處理量不足，對于環境治理效果有限，采用的設備裝置成本投入量大，運行過程復雜。生物質凈水磚使用天然生物質灰渣為主要基材，采用“吸附-降解凈水法”和“吸附-高級氧化法”的組合凈水過程，摻加碳納米管和枯草芽孢桿菌等有益菌制成。生物質凈水磚在北海公園和大觀園水域的示范項目中取得良好的效果。

【關鍵詞】 生物質灰 碳納米管 水凈化磚

1 我國水污染狀況

隨著我國近代工業化和城鎮化的不斷發展，水資源短缺且水質惡化問題日益嚴重。我國人均水資源，已不足世界人均水平的1/4，是一個資源型缺水的國家[1]。同時，因為水源的水質達不到國家規定的飲用水水質標準，我國還是一個水質型缺水的國家。如果得不到及時緩解，將會直接或間接地威脅著我國人民的生存和發展。環保部2012年中國環境公報[2]顯示：十大流域的國控斷面中，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質斷面比例分別為68.9%、20.9%和10.2%。主要污染指標為化學需氧量、五日生化需氧量和高錳酸鹽指數。62個國控重點湖泊（水庫）中，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質的湖泊（水庫）比例分別為61.3%、27.4%和11.3%。主要污染指標為總磷、化學需氧量和高錳酸鹽指數。

2 我國水污染的根源

2013年，我國化學需氧量排放總量為2352.7萬噸，氨氮排放總量為245.7萬噸[3]，主要來源于工業污水排放、生活污染水排放和農業污水排放等。表1為2013年全國廢水中主要污染物排放量。

3 生物質水凈化磚的開發

由于水污染對于生態環境甚至對人類、以及動、植物的生存、繁衍造成極大地威脅，人們不斷積極尋求水污染的治理方案。傳統的水處理方法有物理化學法，如化學沉淀、物理吸附、過濾法等都取得了不錯的凈化、治理效果[4]。然而上述污水處理技術都采用先將污水集中，是對于特定污水進行凈化，其污水的處理量不足，對于環境治理效果有限，而且采用的設備成本投入量大，運行過程復雜。為此，研發一種免維護、長期高效、環境友好的生物質水凈化磚，將為我國水污染治理提供一條有益探索之路。

3.1 開發的思路

生物質凈水磚的凈水思路是基于“吸附-降解凈水法”和“吸附-高級氧化法”的組合凈水過程?！拔?降解凈水法”就是利用微生物的新陳代謝作用將廢水中氨氮、磷、去除的一種方法?！拔?高級氧化法”是在CNT-生物質磚外表面擔載光敏性材料，在光線的作用下產生羥基自由基，羥基自由基具有極強的得電子能力也就是氧化能力，氧化電位2.8V。羥基自由基將廢水中氨氮氧化成為無毒無害氮氣，反應方程如下：

NH4++OH→0.5N2↑+H2O

3.2 細菌的固定化技術

細菌的固定化技術是用化學或物理的方法將游離細胞定位于材料的限定空間中，并使其保持生物活性且可反復利用的生物技術。適用于廢水處理的固定化載體應具有以下性能：（1）對微生物無毒，生物滯留量高；（2）傳質性能好；（3）性質穩定，不易被生物降解； （4）機械強度高，使用壽命長；（5）固定化操作簡單；（6）對其他生物的吸附小；（7）價格低廉[5]。下表2為細菌固定化技術選用的載體。

生物質發電廠灰渣的主要組成為硅酸鹽、鉀鹽以及鐵的化合物。此外，灰分中還含有錳、鎂、鋅、鈣、硼等對作物有益的元素，其重金屬含量也遠遠低于相應的國家環保標準[6]。經過燒結的生物質發電廠灰渣質輕多孔，是優良的吸附材料。

3.3 產品開發

生物質水凈化磚利用生物質發電廠鍋爐發電產出的副產品：植物性灰渣為主要載體，摻加部分凝固用高標準水泥，少部分沙子或碎石子以及一定比例的碳納米管分散液、光觸媒和枯草芽孢桿菌等。質層一種碳納米管吸附/微生物分解復合型水凈化磚，生物質凈化磚為多孔結構，重量在20～25千克，每塊磚可以凈化5噸水，生命周期為3年。下圖1為HB19型凈化磚制作工藝及成品。

4 生物質水凈化磚的應用

2012年6月開始，科研人員陸續在北京大觀園水體和北海公園水體中放置了使用納米技術和生物材料技術開發制作的生物質凈化磚。試驗一共使用三種型號的凈水磚，在每一處水體同時選擇多個實驗點，從6月到9月，每周取水樣約144個，分別進行pH值、色度、濁度、懸浮物（ss）、氯化物（以Cl計）、硫酸鹽（以SO42-計）、溶解性總固體（TDS）、化學需氧量（COD-Cr）、高錳酸鉀指數（COD-Mn）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）、硝氮（NO3-N）、亞硝氮（NO2-N）、總氮（TN）、溶解性磷酸鹽（DP）、總磷（TP）、葉綠素a、總大腸桿菌群、重金屬等測試分析，取得了大量詳實的數據，分析結果表明：不同型號CNT水質凈化磚對相應水體的某些指標有明顯下降作用。

5 結語

生物質發電廠鍋爐產生的植物性灰渣，經過高溫燃燒后內部幾乎不含有其他雜菌，植物灰渣特有的多孔結構，使制成的水體凈化磚有較強的吸附能力，適合生長在上面的枯草桿菌等吸附、分解污水中的有害物質，同時抑制有害細菌（如大腸桿菌）的生長。生物質凈化磚無需專用設備、專用場地處理污水，只需簡單鋪設，便可在一定水域中發揮作用，吸附、分解污染物，消耗污水惡臭從而達到凈化水質的目的，具有適用范圍廣、實用性強的特點。

參考文獻：

[1]王皓.淺析我國水體污染現狀、來源及治理措施[C].《河北環境科學》，華北五省市環境科學學會第十七屆年會論文集，2011.

[2]中華人民共和國環境保護部.2012年中國環境公報[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2012zkgb/201306/t20130606_253418.htm，2013-06-06.

[3]中華人民共和國環境保護部. 2013年中國環境公報[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2013zkgb/201406/t20140605_276485.htm，2014-06-05.

[4]李先會.水生植物-微生物系統凈化水質效應研究[D].無錫：江南大學，2008，6.

[5]陳尚智.枯草芽孢桿菌的固定及其對污染水體的凈化研究[D].廣州：華南理工大學，2011，4.

[6]莊會永，徐永進，李軍等.生物質電廠灰渣成分及利用前景分析[J].中國新能源發電網，2008-7-10.endprint