水循环利用——历时百年的科技探索
来源:中国气象报社   发布时间:2020-03-20
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  水,如此常见,多到覆盖全球表面近3/4。水,又如此珍贵,缺水、干旱困扰着数以亿计的人。事实上,地球上的水虽多,人类能直接利用的淡水却十分有限。如何利用好这极为有限,又不可或缺的资源,回收利用成了必然的选择。

  污水处理是最直接,也最有效的循环利用方式之一。世界各地兴建污水处理厂的历史已有百年,百年来,人们不停地更新污水处理技术手段,力求让更多、更优质的水循环起来。

  1912年,英国人克拉克和盖奇发明了迄今为止处理城市污水最流行的方法——活性污泥法。它能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质,同时也能去除一部分磷素和氮素。

  这一方法的诞生来自利用玻璃瓶做的实验,两人将污水装在玻璃瓶里,发现对污水长时间曝气(在液体中加入空气),玻璃瓶里会出现污泥,水质也得到明显改善。他们进一步发现,利用附着有污泥的瓶子对污水曝气,处理效果更好。他们称这种自己生长的污泥为“活性污泥”,让曝气后的污水静止沉淀,倒出上层已经净化的清水,留下瓶底的污泥,供第二天使用,可以大大缩短污水处理的时间。

  1914年,第一座活性污泥法污水处理厂在英国曼彻斯特建立。此后100年,这一方法历经无数次改良,至今理论和实践都已相当成熟。而究其原理,水中的污染物其实是被污泥中的微生物吸附并分解,在这一过程中,污水中的有机污染物得到降解而去除,活性污泥本身得以繁衍增长,污水则得以净化处理。形象地说,是污泥中的微生物“吃掉”了污水中的污染物,本质是加速改良版的自然净化过程。但这一方法会衍生大量难以处理的有毒污泥,往往造成二次污染。

  生物膜法在污水循环再利用中也占有一部分市场。与活性污泥法相同,它也借助微生物的力量。微生物附着在作为介质的滤料表面,生长成为一层由微生物构成的膜。污水与之接触后,其中的溶解性有机污染物被生物膜吸附,进而被微生物氧化分解,转化为水、二氧化碳和微生物细胞质等,污水得以净化。生物膜法产生的污泥比较少,但成本也相对较高,而且对环境条件要求比较高,气温过高或过低都会影响生物膜的存活。

  如今常见的污水处理技术都各有缺点,而且基本都具有高能耗、低效率的弊病。人们仍在持续探索,不断改进现有技术手段,并尝试新的思路。

  中国科学家尝试利用核工业衍生技术处理污水,利用电子加速器照射污水。由于电子被加速到很高的速度以后,具有很大的能量。照射到水里后,能够产生电离辐射,由此引发一系列的反应,分解生成的强氧化物质与水中的污染物、细菌等相互作用,达到氧化分解和消毒的目的,最终消除污染物。由于电子加速器照射下反应速度极快,因此这样的处理过程十分高效。

  2018年,我国废污水排放总量达750亿立方米,但回用率仅10%。相比许多发达国家,这一比率还有相当大的差距,污水回收再利用仍有很大的潜力。(刘钊)

(责任编辑:王美丽)

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