曾智勇 湯金石 匡祝明 王谷良 潘克華
（湖南智能達集團有限公司）

1 問題的提出

　　水源不足，水體污染和水環境生態惡化，已成為我國現代化建設的制約因素。保護水資源、防治水污染、保護水環境生態是保護環境和實施可持續發展的重要內容。污水治理已成為各行各業必須履行的義務。隨著國家現代化事業的發展，城市人口急劇增加，城市用水量增長很快，城市污水治理任務越來越重。
　　縱觀目前國內各城市已有的污水治理工程，基本上仍沿用傳統的生物氧化法，選用常規的水處理劑，與發達國家相比，其工藝路線已顯落后，系統的實際運行成本偏高，而且去污效果不理想、生產設備龐大、工作環境也差。由于其資金投入大、運行成本高，不少城市的污水處理廠都面臨舉步維艱的境地，也給各級政府帶來較大的財政壓力。
　　為實現國家制訂的環境保護目標，實現跨世紀綠色工程計劃，急需研制、開發科技含量更高、更為適用、有效的廢水治理工程技術。在城市污水治理中，首先要實現的是：研制新的水處理劑代替傳統的水處理劑，并同時開發相應的高效設備，以極大的提高其凈水效果、降低生產運行成本，促進我國城市污水治理事業的發展。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進行的研究方向。

2 新型Z氏納米超高效系列水處理劑

　　納米科學技術（Nano-ST）是20世紀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）范圍內認識和改造自然，通過直接操作和安排原子、分子創新新物質。
　　近10年來，我國科學家已在納米材料和納米結構的研究上取得了突破性進展。研制了氣體蒸發、磁控濺射、激光誘導CVD、等離子加熱氣相合成等10多臺套制備納米材料的裝置。納米材料的生產廠家相繼建成投產、產量不斷增加。在納米材料研究不斷創新的同時，努力開創應用研究領域，已成為我國納米科技研究、發展的基礎。本公司研究人員正是基于這種認識，努力探索和掌握納米微粒的優異性能，重點研究納米微粒的表面效應。
　　納米微粒尺寸小、表面能高，位于表面的原子占相當大的比例。而且，隨粒徑減小，表面積急劇變大，表面原子數迅速增加。據資料所載，當粒徑為10nm時，比表面積為90m2/g；粒徑為5nm時，比表面積為180m2/g；粒徑為2nm時，比表面積達450m2/g。巨大的比表面積，使處于表面的原子數越來越多，其表面能也急劇增加。由于表面原子數增多、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，極不穩定，很易與其它原子結合。我們經過無數次的實驗篩選，以傳統的水處理劑為載體，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使用的可溶性礦物質。為此，我們以城市污水的高級處理為目標，先后研制，開發了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技術委員會和湖南省環境保護局聯合組織的省級科技成果鑒定，申報了國家專利。
　　首先在實驗室對城市污水治理進行小試，其效果特別好（見表1）。

表1 處理城市污水小試結果 凈水劑類別 絮凝劑類別 混凝時間(分) 沉降時間(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，我們又在長沙市第一污水處理廠進行了較長時間的生產性試驗，同樣取得了非常滿意的結果（見表2）。

表2 處理城市污水生產性試驗結果（長沙市第一污水廠） 凈水劑類別 絮凝劑類別 混凝時間(分) 沉降時間(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。

　　試驗和生產運行的實測數據表明，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于目前各城市污水處理廠所用傳統的凈水劑、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。加上我公司獨立開發、研制的高效污水處理系列設備與之配套使用，生產工藝流程簡單（如圖1所示），治理城市污水的基建投資、運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方法。我們認為，納米技術的應用必將帶來一場廢水治理的技術革命。

4 展望

　　進入21世紀后，新產品的創新將是對社會發展、經濟振興、國力增強最有影響的戰略研究領域，納米科技則是起重要作用的關鍵技術之一。因為當小粒子尺寸進入納米量級（1～10nm）時，其本身具有量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應，因而展現出很多尚未被人們完全認識和充分利用的特性。如何用不斷開發出來的納米材料通過納米復合對傳統產生進行改造，提高其高科技含量，是我公司科研人員正在深入進行的攻關研究內容。品種更為齊全、性能更為優越的新型凈水劑、絮凝劑、消毒殺菌劑、脫色劑、除臭劑等將不斷問世。同時我們還在積極開發、研制與這些水處理劑相適應的污水處理工藝和設備，使其不僅適用于城市污水處理，也適用于各行各業的廢水處理工程，為徹底治理水污染，保護環境和實施可持續發展戰略，進行不懈的努力。