黃富強(qiáng)

面對(duì)不斷惡化的水環(huán)境，治水常常陷入“治理—變好—反彈—再治理—再變好—再反彈”的怪圈。各地多年治水實(shí)踐證明，截污、清淤和調(diào)水補(bǔ)水的“老三樣”治理模式，無(wú)法根本解決水體污染、消除黑臭問(wèn)題。今年，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（以下簡(jiǎn)稱“硅酸鹽所”）研發(fā)出超級(jí)材料，已在全國(guó)多地黑臭水體中示范，同時(shí)研發(fā)出垂直布網(wǎng)、納米曝氣等新技術(shù)配套方案，有望從根子上消除污染。

主攻“最難降解污染物”

打贏黑臭水體污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，核心是清除水體中各類有機(jī)污染物。硅酸鹽所研發(fā)的超級(jí)材料——全太陽(yáng)光譜增強(qiáng)的三維石墨烯管強(qiáng)化黑色二氧化鈦，平鋪在黑臭水體表面，由于處在水面與空氣充分接觸的富氧和強(qiáng)氧化區(qū)，因此可在太陽(yáng)光照射下發(fā)生光催化反應(yīng)，將水中“最難降解污染物（如多溴聯(lián)苯醚、全氟辛酸即磺酸、消毒副產(chǎn)物等）”徹底降解為二氧化碳和水。該超級(jí)材料治理黑臭水體的原理就是“物理吸附+光化學(xué)催化降解”。三維石墨烯管負(fù)責(zé)快速吸附水體中“最難降解污染物”，黑色二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎?，具有更?qiáng)的光催化氧化能力，通過(guò)全光譜充分吸收，可將吸附上來(lái)的“最難降解污染物”快速降解為二氧化碳和水。

在近半年的規(guī)模化示范應(yīng)用過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)不斷優(yōu)化上述兩大關(guān)鍵材料的性能指標(biāo)：針對(duì)黑色二氧化鈦，設(shè)計(jì)了新的反應(yīng)設(shè)備，優(yōu)化配方工藝，良品率達(dá)到99%以上，5次循環(huán)后的有機(jī)污染物降解速度提高了30%。針對(duì)三維石墨烯管，團(tuán)隊(duì)篩選了易于形成特定管孔結(jié)構(gòu)的廉價(jià)天然有機(jī)原料。結(jié)合軟硬模板的先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化出簡(jiǎn)單易行的二步法工藝，可制備出富含管孔、腔體的多級(jí)高比表面積三維石墨烯管，生產(chǎn)成本低于常見的市面活性炭，能高效吸附市面活性炭不擅長(zhǎng)吸附的皮革、印染、造紙類有機(jī)污染物。

如何消滅污染物“主力部隊(duì)”

最難降解的有機(jī)污染物在太陽(yáng)光照射和空氣接觸最充分的水面，可以快速降解為二氧化碳和水，但污染物的“主力部隊(duì)”仍然“游蕩”在水體中。如何消滅這部分“有生污染勢(shì)力”，團(tuán)隊(duì)提出了水面和截面立體治理新方案，通過(guò)在不同水深位置布設(shè)超級(jí)材料水下網(wǎng)帶，實(shí)現(xiàn)立體治水。

立體治水新方案由多層次功能單元組成：第一功能單元是水面上的光催化帶，瞄準(zhǔn)“最難降解污染物”；第二功能單元是水下網(wǎng)帶，位于水體中的這些網(wǎng)帶，除摻雜超級(jí)材料外，還同時(shí)負(fù)載有人工選育的原生水體超強(qiáng)活性微生物，水下網(wǎng)帶隨水體截面梯度向下分布，可進(jìn)行有氧和缺氧的有機(jī)物降解；第三功能單元是最底層光催化帶，接近水底，這層網(wǎng)帶負(fù)載有類似活性淤泥中的厭氧微生物，可進(jìn)行氮氨總磷的降解。近期，團(tuán)隊(duì)正在收集并選育水體中優(yōu)質(zhì)“土著”微生物菌種，開展效果優(yōu)化試驗(yàn)。

多措并舉清除污染物“殘余勢(shì)力”

由于不同地區(qū)、不同環(huán)境中的黑臭水體其自然稟賦和污染形成機(jī)理各有不同，因此，治理方案需要靈活調(diào)整、對(duì)癥下藥，做好多種治水方法組合搭配，多措并舉清除污染物“殘余勢(shì)力”，以期標(biāo)本兼治。比如，充分曝氣可在水體中產(chǎn)生一個(gè)個(gè)氣泡，極速提高水體中氧氣含量及溶氧效果，氣泡在水里“暢游”直至破滅，此過(guò)程可與水體中殘余有害有機(jī)物結(jié)合生成二氧化碳、氮?dú)夂退?。傳統(tǒng)曝氣效率低、氣泡大，污染物降解效果有限。日前，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出肺膜融氣微納米曝氣新技術(shù)，通過(guò)結(jié)合納米微孔的負(fù)壓進(jìn)氣，初步完成了納米曝氣的原型設(shè)備制備。再比如，具有綠化效果的水生植物可吸收水體中的碳、氮、磷，最大程度提升有機(jī)污染物的降解效率。速生類水生植物的長(zhǎng)根須，可結(jié)合微生物的負(fù)載，攜手高效降解含有多種有害化學(xué)成分的有機(jī)污染物。

除圍繞黑臭水體本身“做文章”外，團(tuán)隊(duì)還對(duì)水面、水中、水下各截面的污染物進(jìn)行分層次、分功能單元處理。比如，團(tuán)隊(duì)“跳出圈外”，對(duì)河流入口截污、庫(kù)區(qū)岸堤生態(tài)修復(fù)、水體底部淤泥治理、水生植物及岸邊微生物降解提出了針對(duì)性輔助治水方案，以期多措并舉根治黑臭水體污染頑疾。