生物质净化砖的开发与应用

史飞++吴金栋++李军

【摘 要】 当前我国面临的水资源短缺且水质恶化问题日益严重，但传统污水处理方法的处理量不足，对于环境治理效果有限，采用的设备装置成本投入量大，运行过程复杂。生物质净水砖使用天然生物质灰渣为主要基材，采用“吸附-降解净水法”和“吸附-高级氧化法”的组合净水过程，掺加碳纳米管和枯草芽孢杆菌等有益菌制成。生物质净水砖在北海公园和大观园水域的示范项目中取得良好的效果。

【关键词】 生物质灰 碳纳米管 水净化砖

1 我国水污染状况

随着我国近代工业化和城镇化的不断发展，水资源短缺且水质恶化问题日益严重。我国人均水资源，已不足世界人均水平的1/4，是一个资源型缺水的国家[1]。同时，因为水源的水质达不到国家规定的饮用水水质标准，我国还是一个水质型缺水的国家。如果得不到及时缓解，将会直接或间接地威胁着我国人民的生存和发展。环保部2012年中国环境公报[2]显示：十大流域的国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为68.9%、20.9%和10.2%。主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和高锰酸盐指数。62个国控重点湖泊（水库）中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的湖泊（水库）比例分别为61.3%、27.4%和11.3%。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。

2 我国水污染的根源

2013年，我国化学需氧量排放总量为2352.7万吨，氨氮排放总量为245.7万吨[3]，主要来源于工业污水排放、生活污染水排放和农业污水排放等。表1为2013年全国废水中主要污染物排放量。

3 生物质水净化砖的开发

由于水污染对于生态环境甚至对人类、以及动、植物的生存、繁衍造成极大地威胁，人们不断积极寻求水污染的治理方案。传统的水处理方法有物理化学法，如化学沉淀、物理吸附、过滤法等都取得了不错的净化、治理效果[4]。然而上述污水处理技术都采用先将污水集中，是对于特定污水进行净化，其污水的处理量不足，对于环境治理效果有限，而且采用的设备成本投入量大，运行过程复杂。为此，研发一种免维护、长期高效、环境友好的生物质水净化砖，将为我国水污染治理提供一条有益探索之路。

3.1 开发的思路

生物质净水砖的净水思路是基于“吸附-降解净水法”和“吸附-高级氧化法”的组合净水过程。“吸附-降解净水法”就是利用微生物的新陈代谢作用将废水中氨氮、磷、去除的一种方法。“吸附-高级氧化法”是在CNT-生物质砖外表面担载光敏性材料，在光线的作用下产生羟基自由基，羟基自由基具有极强的得电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8V。羟基自由基将废水中氨氮氧化成为无毒无害氮气，反应方程如下：

NH4++OH→0.5N2↑+H2O

3.2 细菌的固定化技术

细菌的固定化技术是用化学或物理的方法将游离细胞定位于材料的限定空间中，并使其保持生物活性且可反复利用的生物技术。适用于废水处理的固定化载体应具有以下性能：（1）对微生物无毒，生物滞留量高；（2）传质性能好；（3）性质稳定，不易被生物降解； （4）机械强度高，使用寿命长；（5）固定化操作简单；（6）对其他生物的吸附小；（7）价格低廉[5]。下表2为细菌固定化技术选用的载体。

生物质发电厂灰渣的主要组成为硅酸盐、钾盐以及铁的化合物。此外，灰分中还含有锰、镁、锌、钙、硼等对作物有益的元素，其重金属含量也远远低于相应的国家环保标准[6]。经过烧结的生物质发电厂灰渣质轻多孔，是优良的吸附材料。

3.3 产品开发

生物质水净化砖利用生物质发电厂锅炉发电产出的副产品：植物性灰渣为主要载体，掺加部分凝固用高标准水泥，少部分沙子或碎石子以及一定比例的碳纳米管分散液、光触媒和枯草芽孢杆菌等。质层一种碳纳米管吸附/微生物分解复合型水净化砖，生物质净化砖为多孔结构，重量在20～25千克，每块砖可以净化5吨水，生命周期为3年。下图1为HB19型净化砖制作工艺及成品。

4 生物质水净化砖的应用

2012年6月开始，科研人员陆续在北京大观园水体和北海公园水体中放置了使用纳米技术和生物材料技术开发制作的生物质净化砖。试验一共使用三种型号的净水砖，在每一处水体同时选择多个实验点，从6月到9月，每周取水样约144个，分别进行pH值、色度、浊度、悬浮物（ss）、氯化物（以Cl计）、硫酸盐（以SO42-计）、溶解性总固体（TDS）、化学需氧量（COD-Cr）、高锰酸钾指数（COD-Mn）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）、硝氮（NO3-N）、亚硝氮（NO2-N）、总氮（TN）、溶解性磷酸盐（DP）、总磷（TP）、叶绿素a、总大肠杆菌群、重金属等测试分析，取得了大量详实的数据，分析结果表明：不同型号CNT水质净化砖对相应水体的某些指标有明显下降作用。

5 结语

生物质发电厂锅炉产生的植物性灰渣，经过高温燃烧后内部几乎不含有其他杂菌，植物灰渣特有的多孔结构，使制成的水体净化砖有较强的吸附能力，适合生长在上面的枯草杆菌等吸附、分解污水中的有害物质，同时抑制有害细菌（如大肠杆菌）的生长。生物质净化砖无需专用设备、专用场地处理污水，只需简单铺设，便可在一定水域中发挥作用，吸附、分解污染物，消耗污水恶臭从而达到净化水质的目的，具有适用范围广、实用性强的特点。

参考文献：

[1]王皓.浅析我国水体污染现状、来源及治理措施[C].《河北环境科学》，华北五省市环境科学学会第十七届年会论文集，2011.

[2]中华人民共和国环境保护部.2012年中国环境公报[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2012zkgb/201306/t20130606_253418.htm，2013-06-06.

[3]中华人民共和国环境保护部. 2013年中国环境公报[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2013zkgb/201406/t20140605_276485.htm，2014-06-05.

[4]李先会.水生植物-微生物系统净化水质效应研究[D].无锡：江南大学，2008，6.

[5]陈尚智.枯草芽孢杆菌的固定及其对污染水体的净化研究[D].广州：华南理工大学，2011，4.

[6]庄会永，徐永进，李军等.生物质电厂灰渣成分及利用前景分析[J].中国新能源发电网，2008-7-10.endprint

【摘 要】 当前我国面临的水资源短缺且水质恶化问题日益严重，但传统污水处理方法的处理量不足，对于环境治理效果有限，采用的设备装置成本投入量大，运行过程复杂。生物质净水砖使用天然生物质灰渣为主要基材，采用“吸附-降解净水法”和“吸附-高级氧化法”的组合净水过程，掺加碳纳米管和枯草芽孢杆菌等有益菌制成。生物质净水砖在北海公园和大观园水域的示范项目中取得良好的效果。

【关键词】 生物质灰 碳纳米管 水净化砖

1 我国水污染状况

随着我国近代工业化和城镇化的不断发展，水资源短缺且水质恶化问题日益严重。我国人均水资源，已不足世界人均水平的1/4，是一个资源型缺水的国家[1]。同时，因为水源的水质达不到国家规定的饮用水水质标准，我国还是一个水质型缺水的国家。如果得不到及时缓解，将会直接或间接地威胁着我国人民的生存和发展。环保部2012年中国环境公报[2]显示：十大流域的国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为68.9%、20.9%和10.2%。主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和高锰酸盐指数。62个国控重点湖泊（水库）中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的湖泊（水库）比例分别为61.3%、27.4%和11.3%。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。

2 我国水污染的根源

2013年，我国化学需氧量排放总量为2352.7万吨，氨氮排放总量为245.7万吨[3]，主要来源于工业污水排放、生活污染水排放和农业污水排放等。表1为2013年全国废水中主要污染物排放量。

3 生物质水净化砖的开发

由于水污染对于生态环境甚至对人类、以及动、植物的生存、繁衍造成极大地威胁，人们不断积极寻求水污染的治理方案。传统的水处理方法有物理化学法，如化学沉淀、物理吸附、过滤法等都取得了不错的净化、治理效果[4]。然而上述污水处理技术都采用先将污水集中，是对于特定污水进行净化，其污水的处理量不足，对于环境治理效果有限，而且采用的设备成本投入量大，运行过程复杂。为此，研发一种免维护、长期高效、环境友好的生物质水净化砖，将为我国水污染治理提供一条有益探索之路。

3.1 开发的思路

生物质净水砖的净水思路是基于“吸附-降解净水法”和“吸附-高级氧化法”的组合净水过程。“吸附-降解净水法”就是利用微生物的新陈代谢作用将废水中氨氮、磷、去除的一种方法。“吸附-高级氧化法”是在CNT-生物质砖外表面担载光敏性材料，在光线的作用下产生羟基自由基，羟基自由基具有极强的得电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8V。羟基自由基将废水中氨氮氧化成为无毒无害氮气，反应方程如下：

NH4++OH→0.5N2↑+H2O

3.2 细菌的固定化技术

细菌的固定化技术是用化学或物理的方法将游离细胞定位于材料的限定空间中，并使其保持生物活性且可反复利用的生物技术。适用于废水处理的固定化载体应具有以下性能：（1）对微生物无毒，生物滞留量高；（2）传质性能好；（3）性质稳定，不易被生物降解； （4）机械强度高，使用寿命长；（5）固定化操作简单；（6）对其他生物的吸附小；（7）价格低廉[5]。下表2为细菌固定化技术选用的载体。

生物质发电厂灰渣的主要组成为硅酸盐、钾盐以及铁的化合物。此外，灰分中还含有锰、镁、锌、钙、硼等对作物有益的元素，其重金属含量也远远低于相应的国家环保标准[6]。经过烧结的生物质发电厂灰渣质轻多孔，是优良的吸附材料。

3.3 产品开发

生物质水净化砖利用生物质发电厂锅炉发电产出的副产品：植物性灰渣为主要载体，掺加部分凝固用高标准水泥，少部分沙子或碎石子以及一定比例的碳纳米管分散液、光触媒和枯草芽孢杆菌等。质层一种碳纳米管吸附/微生物分解复合型水净化砖，生物质净化砖为多孔结构，重量在20～25千克，每块砖可以净化5吨水，生命周期为3年。下图1为HB19型净化砖制作工艺及成品。

4 生物质水净化砖的应用

2012年6月开始，科研人员陆续在北京大观园水体和北海公园水体中放置了使用纳米技术和生物材料技术开发制作的生物质净化砖。试验一共使用三种型号的净水砖，在每一处水体同时选择多个实验点，从6月到9月，每周取水样约144个，分别进行pH值、色度、浊度、悬浮物（ss）、氯化物（以Cl计）、硫酸盐（以SO42-计）、溶解性总固体（TDS）、化学需氧量（COD-Cr）、高锰酸钾指数（COD-Mn）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）、硝氮（NO3-N）、亚硝氮（NO2-N）、总氮（TN）、溶解性磷酸盐（DP）、总磷（TP）、叶绿素a、总大肠杆菌群、重金属等测试分析，取得了大量详实的数据，分析结果表明：不同型号CNT水质净化砖对相应水体的某些指标有明显下降作用。

5 结语

生物质发电厂锅炉产生的植物性灰渣，经过高温燃烧后内部几乎不含有其他杂菌，植物灰渣特有的多孔结构，使制成的水体净化砖有较强的吸附能力，适合生长在上面的枯草杆菌等吸附、分解污水中的有害物质，同时抑制有害细菌（如大肠杆菌）的生长。生物质净化砖无需专用设备、专用场地处理污水，只需简单铺设，便可在一定水域中发挥作用，吸附、分解污染物，消耗污水恶臭从而达到净化水质的目的，具有适用范围广、实用性强的特点。

参考文献：

[1]王皓.浅析我国水体污染现状、来源及治理措施[C].《河北环境科学》，华北五省市环境科学学会第十七届年会论文集，2011.

[2]中华人民共和国环境保护部.2012年中国环境公报[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2012zkgb/201306/t20130606_253418.htm，2013-06-06.

[3]中华人民共和国环境保护部. 2013年中国环境公报[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2013zkgb/201406/t20140605_276485.htm，2014-06-05.

[4]李先会.水生植物-微生物系统净化水质效应研究[D].无锡：江南大学，2008，6.

[5]陈尚智.枯草芽孢杆菌的固定及其对污染水体的净化研究[D].广州：华南理工大学，2011，4.

[6]庄会永，徐永进，李军等.生物质电厂灰渣成分及利用前景分析[J].中国新能源发电网，2008-7-10.endprint

【摘 要】 当前我国面临的水资源短缺且水质恶化问题日益严重，但传统污水处理方法的处理量不足，对于环境治理效果有限，采用的设备装置成本投入量大，运行过程复杂。生物质净水砖使用天然生物质灰渣为主要基材，采用“吸附-降解净水法”和“吸附-高级氧化法”的组合净水过程，掺加碳纳米管和枯草芽孢杆菌等有益菌制成。生物质净水砖在北海公园和大观园水域的示范项目中取得良好的效果。

【关键词】 生物质灰 碳纳米管 水净化砖

1 我国水污染状况

随着我国近代工业化和城镇化的不断发展，水资源短缺且水质恶化问题日益严重。我国人均水资源，已不足世界人均水平的1/4，是一个资源型缺水的国家[1]。同时，因为水源的水质达不到国家规定的饮用水水质标准，我国还是一个水质型缺水的国家。如果得不到及时缓解，将会直接或间接地威胁着我国人民的生存和发展。环保部2012年中国环境公报[2]显示：十大流域的国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为68.9%、20.9%和10.2%。主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和高锰酸盐指数。62个国控重点湖泊（水库）中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的湖泊（水库）比例分别为61.3%、27.4%和11.3%。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。

2 我国水污染的根源

2013年，我国化学需氧量排放总量为2352.7万吨，氨氮排放总量为245.7万吨[3]，主要来源于工业污水排放、生活污染水排放和农业污水排放等。表1为2013年全国废水中主要污染物排放量。

3 生物质水净化砖的开发

由于水污染对于生态环境甚至对人类、以及动、植物的生存、繁衍造成极大地威胁，人们不断积极寻求水污染的治理方案。传统的水处理方法有物理化学法，如化学沉淀、物理吸附、过滤法等都取得了不错的净化、治理效果[4]。然而上述污水处理技术都采用先将污水集中，是对于特定污水进行净化，其污水的处理量不足，对于环境治理效果有限，而且采用的设备成本投入量大，运行过程复杂。为此，研发一种免维护、长期高效、环境友好的生物质水净化砖，将为我国水污染治理提供一条有益探索之路。

3.1 开发的思路

生物质净水砖的净水思路是基于“吸附-降解净水法”和“吸附-高级氧化法”的组合净水过程。“吸附-降解净水法”就是利用微生物的新陈代谢作用将废水中氨氮、磷、去除的一种方法。“吸附-高级氧化法”是在CNT-生物质砖外表面担载光敏性材料，在光线的作用下产生羟基自由基，羟基自由基具有极强的得电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8V。羟基自由基将废水中氨氮氧化成为无毒无害氮气，反应方程如下：

NH4++OH→0.5N2↑+H2O

3.2 细菌的固定化技术

细菌的固定化技术是用化学或物理的方法将游离细胞定位于材料的限定空间中，并使其保持生物活性且可反复利用的生物技术。适用于废水处理的固定化载体应具有以下性能：（1）对微生物无毒，生物滞留量高；（2）传质性能好；（3）性质稳定，不易被生物降解； （4）机械强度高，使用寿命长；（5）固定化操作简单；（6）对其他生物的吸附小；（7）价格低廉[5]。下表2为细菌固定化技术选用的载体。

生物质发电厂灰渣的主要组成为硅酸盐、钾盐以及铁的化合物。此外，灰分中还含有锰、镁、锌、钙、硼等对作物有益的元素，其重金属含量也远远低于相应的国家环保标准[6]。经过烧结的生物质发电厂灰渣质轻多孔，是优良的吸附材料。

3.3 产品开发

生物质水净化砖利用生物质发电厂锅炉发电产出的副产品：植物性灰渣为主要载体，掺加部分凝固用高标准水泥，少部分沙子或碎石子以及一定比例的碳纳米管分散液、光触媒和枯草芽孢杆菌等。质层一种碳纳米管吸附/微生物分解复合型水净化砖，生物质净化砖为多孔结构，重量在20～25千克，每块砖可以净化5吨水，生命周期为3年。下图1为HB19型净化砖制作工艺及成品。

4 生物质水净化砖的应用

2012年6月开始，科研人员陆续在北京大观园水体和北海公园水体中放置了使用纳米技术和生物材料技术开发制作的生物质净化砖。试验一共使用三种型号的净水砖，在每一处水体同时选择多个实验点，从6月到9月，每周取水样约144个，分别进行pH值、色度、浊度、悬浮物（ss）、氯化物（以Cl计）、硫酸盐（以SO42-计）、溶解性总固体（TDS）、化学需氧量（COD-Cr）、高锰酸钾指数（COD-Mn）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）、硝氮（NO3-N）、亚硝氮（NO2-N）、总氮（TN）、溶解性磷酸盐（DP）、总磷（TP）、叶绿素a、总大肠杆菌群、重金属等测试分析，取得了大量详实的数据，分析结果表明：不同型号CNT水质净化砖对相应水体的某些指标有明显下降作用。

5 结语

生物质发电厂锅炉产生的植物性灰渣，经过高温燃烧后内部几乎不含有其他杂菌，植物灰渣特有的多孔结构，使制成的水体净化砖有较强的吸附能力，适合生长在上面的枯草杆菌等吸附、分解污水中的有害物质，同时抑制有害细菌（如大肠杆菌）的生长。生物质净化砖无需专用设备、专用场地处理污水，只需简单铺设，便可在一定水域中发挥作用，吸附、分解污染物，消耗污水恶臭从而达到净化水质的目的，具有适用范围广、实用性强的特点。

参考文献：

[1]王皓.浅析我国水体污染现状、来源及治理措施[C].《河北环境科学》，华北五省市环境科学学会第十七届年会论文集，2011.

[2]中华人民共和国环境保护部.2012年中国环境公报[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2012zkgb/201306/t20130606_253418.htm，2013-06-06.

[3]中华人民共和国环境保护部. 2013年中国环境公报[EB/OL].

http：//jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2013zkgb/201406/t20140605_276485.htm，2014-06-05.

[4]李先会.水生植物-微生物系统净化水质效应研究[D].无锡：江南大学，2008，6.

[5]陈尚智.枯草芽孢杆菌的固定及其对污染水体的净化研究[D].广州：华南理工大学，2011，4.

[6]庄会永，徐永进，李军等.生物质电厂灰渣成分及利用前景分析[J].中国新能源发电网，2008-7-10.endprint