曾智勇 湯金石 匡祝明 王谷良 潘克華
（湖南智能達(dá)集團(tuán)有限公司）

1 問題的提出

　　水源不足，水體污染和水環(huán)境生態(tài)惡化，已成為我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的制約因素。保護(hù)水資源、防治水污染、保護(hù)水環(huán)境生態(tài)是保護(hù)環(huán)境和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。污水治理已成為各行各業(yè)必須履行的義務(wù)。隨著國(guó)家現(xiàn)代化事業(yè)的發(fā)展，城市人口急劇增加，城市用水量增長(zhǎng)很快，城市污水治理任務(wù)越來越重。
　　縱觀目前國(guó)內(nèi)各城市已有的污水治理工程，基本上仍沿用傳統(tǒng)的生物氧化法，選用常規(guī)的水處理劑，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，其工藝路線已顯落后，系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行成本偏高，而且去污效果不理想、生產(chǎn)設(shè)備龐大、工作環(huán)境也差。由于其資金投入大、運(yùn)行成本高，不少城市的污水處理廠都面臨舉步維艱的境地，也給各級(jí)政府帶來較大的財(cái)政壓力。
　　為實(shí)現(xiàn)國(guó)家制訂的環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)跨世紀(jì)綠色工程計(jì)劃，急需研制、開發(fā)科技含量更高、更為適用、有效的廢水治理工程技術(shù)。在城市污水治理中，首先要實(shí)現(xiàn)的是：研制新的水處理劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水處理劑，并同時(shí)開發(fā)相應(yīng)的高效設(shè)備，以極大的提高其凈水效果、降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，促進(jìn)我國(guó)城市污水治理事業(yè)的發(fā)展。本文所敘僅為我們研制新型水處理劑方面所取得的成果和繼續(xù)進(jìn)行的研究方向。

2 新型Z氏納米超高效系列水處理劑

　　納米科學(xué)技術(shù)（Nano-ST）是20世紀(jì)80年代末期誕生并不斷崛起的新科技，它的基本涵義是在納米尺寸（10-10～10-7m）范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然，通過直接操作和安排原子、分子創(chuàng)新新物質(zhì)。
　　近10年來，我國(guó)科學(xué)家已在納米材料和納米結(jié)構(gòu)的研究上取得了突破性進(jìn)展。研制了氣體蒸發(fā)、磁控濺射、激光誘導(dǎo)CVD、等離子加熱氣相合成等10多臺(tái)套制備納米材料的裝置。納米材料的生產(chǎn)廠家相繼建成投產(chǎn)、產(chǎn)量不斷增加。在納米材料研究不斷創(chuàng)新的同時(shí)，努力開創(chuàng)應(yīng)用研究領(lǐng)域，已成為我國(guó)納米科技研究、發(fā)展的基礎(chǔ)。本公司研究人員正是基于這種認(rèn)識(shí)，努力探索和掌握納米微粒的優(yōu)異性能，重點(diǎn)研究納米微粒的表面效應(yīng)。
　　納米微粒尺寸小、表面能高，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例。而且，隨粒徑減小，表面積急劇變大，表面原子數(shù)迅速增加。據(jù)資料所載，當(dāng)粒徑為10nm時(shí)，比表面積為90m2/g；粒徑為5nm時(shí)，比表面積為180m2/g；粒徑為2nm時(shí)，比表面積達(dá)450m2/g。巨大的比表面積，使處于表面的原子數(shù)越來越多，其表面能也急劇增加。由于表面原子數(shù)增多、原子配位不足，加上極大的表面能，使這些表面原子具有很高的活性，極不穩(wěn)定，很易與其它原子結(jié)合。我們經(jīng)過無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)篩選，以傳統(tǒng)的水處理劑為載體，將硅基氧化物、鋁基氧化物、鈦基氧化物等納米微粒充分分散其中，制取了新型Z氏納米超高效系列水處理劑。

3 Z氏納米超高效系列水處理劑治理城市污水

　　治理城市污水除了在去除其固體懸浮物外，還必須殺菌、消毒、去味，并去除一切妨礙污水重復(fù)使用的可溶性礦物質(zhì)。為此，我們以城市污水的高級(jí)處理為目標(biāo)，先后研制，開發(fā)了Z氏納米超高效凈水劑（ZH1-Ⅰ）、Z氏納米超高效絮凝劑（ZG1-Ⅰ）、Z氏超高效殺菌消毒凈水劑（ZHG1-Ⅰ），并于2000年1月11日通過了湖南省科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和湖南省環(huán)境保護(hù)局聯(lián)合組織的省級(jí)科技成果鑒定，申報(bào)了國(guó)家專利。
　　首先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)城市污水治理進(jìn)行小試，其效果特別好（見表1）。

表1 處理城市污水小試結(jié)果 凈水劑類別 絮凝劑類別 混凝時(shí)間(分) 沉降時(shí)間(分) 處理前(mg/L) 處理后(mg/L) 去除率(%) COD_cr BOD₅ SS COD_cr BOD₅ SS COD_cr BOD₅ SS PAC PAM 10～15 30～50 951.0 620.5 306.7 681.23 294.7 104.1 28.4 48.5 66.0 ZH₁-1 ZG₁-1 3～5 10～20 951.0 620.5 306.7 24.22 22.34 2 97.5 96.4 99.3

　　隨即，我們又在長(zhǎng)沙市第一污水處理廠進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)性試驗(yàn)，同樣取得了非常滿意的結(jié)果（見表2）。

表2 處理城市污水生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果（長(zhǎng)沙市第一污水廠） 凈水劑類別 絮凝劑類別 混凝時(shí)間(分) 沉降時(shí)間(分) 處理前(mg/L) 處理后(mg/L) 去除率(%) COD_cr BOD₅ SS COD_cr BOD₅ SS COD_cr BOD₅ SS PAC PAM 10～15 40～70 427.21 202.35 306.7 213.44 137.60 62 50 32 79.8 ZH₁-1 ZG₁-1 3～5 15～30 427.21 202.35 306.7 35.67 18.93 5 91.7 90.6 98.4

　　Z氏法城市污水治理工藝流程如圖1所示。

　　試驗(yàn)和生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，Z氏納米超高效系列水處理劑除污、消毒、殺菌的效果均大大優(yōu)于目前各城市污水處理廠所用傳統(tǒng)的凈水劑、絮凝劑和殺菌、消毒劑（表中用PAC、PAM表示），其絮凝、沉降時(shí)間分別縮短67%和59%，而去除率則平均提高1.96倍。加上我公司獨(dú)立開發(fā)、研制的高效污水處理系列設(shè)備與之配套使用，生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單（如圖1所示），治理城市污水的基建投資、運(yùn)行成本將大幅度降低，初步找到了一種處理城市污水的新型物理化學(xué)方法。我們認(rèn)為，納米技術(shù)的應(yīng)用必將帶來一場(chǎng)廢水治理的技術(shù)革命。

4 展望

　　進(jìn)入21世紀(jì)后，新產(chǎn)品的創(chuàng)新將是對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)振興、國(guó)力增強(qiáng)最有影響的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域，納米科技則是起重要作用的關(guān)鍵技術(shù)之一。因?yàn)楫?dāng)小粒子尺寸進(jìn)入納米量級(jí)（1～10nm）時(shí)，其本身具有量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因而展現(xiàn)出很多尚未被人們完全認(rèn)識(shí)和充分利用的特性。如何用不斷開發(fā)出來的納米材料通過納米復(fù)合對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)生進(jìn)行改造，提高其高科技含量，是我公司科研人員正在深入進(jìn)行的攻關(guān)研究?jī)?nèi)容。品種更為齊全、性能更為優(yōu)越的新型凈水劑、絮凝劑、消毒殺菌劑、脫色劑、除臭劑等將不斷問世。同時(shí)我們還在積極開發(fā)、研制與這些水處理劑相適應(yīng)的污水處理工藝和設(shè)備，使其不僅適用于城市污水處理，也適用于各行各業(yè)的廢水處理工程，為徹底治理水污染，保護(hù)環(huán)境和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)行不懈的努力。