2019年8月19日至25日,由华东师范大学重庆研究院介孔量子材料部牵头,重庆文理学院、重庆人仁环保科技有限公司协助参与的关于“重庆市永川区萱花河光催化治污项目”试验圆满完成。
该项目试验旨在通过科学、安全、绿色、高效且低成本的技术手段,解决因城市化、工业化进程加快所引发的诸如化学需氧量COD、氮磷等污染物浓度超标、水体富营养化及季节性或常年黑臭等水环境问题。
该项技术核心为“光催化”, 光催化技术是指利用半导体材料吸收太阳能进行氧化还原反应,从而将有机物彻底分解为水和二氧化碳。由华东师范大学重庆研究院自主研发具有可见光响应的光催化材料,可高效利用太阳光,将可见光响应的光催化纳米材料与纤维短丝进行复合,赋予每一根纤维具有高光催化活性。
图1:光催化技术治理污水原理
可见光响应介孔光催化材料技术的核心是“物理/化学吸附+光催化”,介孔材料具有强吸附能力,可以有效捕获水体各种有机污染物、重金属离子、磷、铁、锰等污染物,二氧化钛通过光催化作用将捕获的有机污染物彻底分解为水和二氧化碳,实现污水处理,对重金属离子、磷、铁、锰等污染物进行有效吸附、矿化带出水体,同时光催化分解水产生氧气,可提升水体溶解氧,促进水体自净化。将光催化纤维网平铺在水体表层, 即可实现日光照射条件下污水净化的作用。光催化技术是一种科学、绿色、安全的水体净化技术,是真正的利用大自然的力量实现水体净化的技术。
图2:光催化技术治理污水效果图
此次项目试验对象为重庆市永川区城区河道萱花河,其水质存在轻微发黑发臭,氨氮、总磷、溶解氧指标均为劣V类,待天气气温升高,有大量的底泥垃圾漂浮在水面。而试验区则选在其下游段,试验区总面积约为300平方米,试验中河水处于流动状态,上游持续有水流流入。
图3:试验前的萱花河(1)
图4:试验前的萱花河(2)
试验前,重庆研究院介孔量子材料部对该河段进行全面调研及分析,并因时因地确立针对萱花河光催化治污项目的实施方案。
试验中,团队遇到了极大的挑战,包括诸多实验干扰因素如:水流动性大、上游持续排入污水、底泥漂浮垃圾等。光催化治污技术核心在于利用太阳光实现有机物分解,所以晚上几乎不会发生分解反应,由于水流动性大,试验区的水实质上是不断更新的,每天早上流进试验区的污水几乎都是原始状态。
尽管试验难度极大,团队成员们以扎实的技术知识储备,克服重重困难,在为期7天的试验中,有效改善了该河段的各项指数指标。其中,氨氮治理前为劣V类,治理后为准V类;总磷试验前为劣V类,治理后为Ⅳ类水;溶解氧治理前为劣V类,治理后为III类水;COD治理前为Ⅳ类水,治理后为III类水;高锰酸盐指数治理前为III类水,治理后为Ⅱ类水。
图5:水体各指标变化
图6:氨氮指标变化
图7:COD指标变化
图8:总磷指标变化
图9:溶解氧指标变化
图10:高锰酸盐指数指标变化
试验完成时,光催化网在太阳光作用下裂解水产生氧气,唤醒了水体中微生物及动植物,藻类在光催化网表面大量生长,藻类同时通过光合作用产生氧气,从而提升水体溶解氧,光催化网表面及周围出现鱼类,说明以光催化网为核心的生态系统已经逐步形成,试验圆满完成。
图11:光催化技术治理污水后现场图片
本次光催化治污项目试验的成功不仅是华东师范大学重庆研究院在重庆项目落地的具体体现,更为城市临江河道治理提供又一科学、绿色、安全的水体净化技术试验方案。自重庆研究院成立以来,有效地整合政府、高校、与企业的创新资源,实施“优势互补、互利共赢”的政、产、学、研、用的合作。
未来,重庆研究院将重点围绕精密制造、精密光学、信息通讯、生态环境、生物医药、新能源、新材料、人工智能、大数据等领域,加大技术开发投入,发展重庆新兴产业,开发一批拥有自主知识产权的产品和技术,并推进战略性新兴产业技术成果的应用,打造新的产业增长点;同时围绕重庆传统产业改造升级所需的共性技术、关键技术及配套技术,加强校地及企业合作,以市场为主体,立足产品结构调整,积极开发高新技术仪器和产品!