界面纳米水环境生态修复技术是由上海中兴科源环保科技有限公司拥有独立知识产权的水环境高科技技术,是由中科院上海应用物理研究所胡钧研究员、上海交通大学殷卫海教授、同济大学李攀教授及其团队经过数年研究的高新水环境修复技术,研究发现成果如下。
1)界面纳米水环境可以刺激生物生长,增强动植物免疫力,这对水产养殖,农业种植来说是革命性的创新。有研究发现界面纳米水体系让淡水鱼和海水鱼在 1%盐水中同时存活成为可能;
2)界面纳米水可以深入洁净果蔬的农药残留、皮肤等,可被广泛应用于各种清洗过程;
3)界面纳米技术具有很高的氧传质效率,明显的生物协同效应,强氧化分解能力,完全胜任各种水处理场合。界面纳米水技术应用广阔,尤其在水体生态修复领域表现活跃,在科研实验室和很多项目实践中给出了良好的水处理效果。研究还指出界面纳米水调控(悬浮污染物界面纳米水、底泥界面纳米水、微生物界面纳米水)是污染治理的关键,超小粒径纳米气泡是调控界面纳米水的有效方式之一,纳米尺度的界面行为决定了污染物的赋存形态,影响其源汇机制和迁移转化等环境过程,并影响其生物效应和环境风险。
纳米尺度界面行为调控是环境污染控制与生态修复的重要基础,也是环境科学研究的前沿技术。通过超小粒径纳米气泡调节污染物相关的固-液-气界面的纳米水结构,可以有效地调控污染物界面行为,达到污染物的高效控制与水环境修复。该技术的核心和最显著的优势是可以低成本实现泥水共治,对底泥进行原位生态修复并维持长效,无需清淤并具有如下特点:
1) 界面纳米气泡传质效率高,滞留时间长、覆盖面积大;
2) 纳米气泡强制爆破产生自由基,高效氧化水体有机污染物;
3) 界面纳米水可以扩散和渗透至底泥,原位修复底泥,大大降低疏浚成本;
4) 界面纳米水的特殊生物效应快速恢复水体好氧生态系统,提高水体自净能力,可承受一定的污染负荷;
5) 不添加任何化学辅助制剂不产生二次污染;
6) 该技术功效远高于常规的微米曝气技术;
7) 该技术已获得国家三项发明专利。
对底泥进行原位修复而不清淤,对于河道治理具有极大意义。诚然清淤可以作为河道治理的一项有效手段,但底泥疏浚将会应用到大量的大型工程机械,同时需要人力物力的庞大投入,挖出的底泥也要做科学处置。而且并非所有的疏浚都能达到预期的环境效果:
1)疏浚后新的底层与水形成的界面环境行为难以预期,界面处污染物质的释放很可能加重水体污染负荷, 例如,英国布莱顿港口底泥疏浚后水体中的除草剂浓度比疏浚前还要高;
2)挖出的底泥在淋溶及浸出条件下,所含污染物质可能对环境造成二次污染。国际上一些发达国家甚至要求疏浚前对污染底泥进行生态风险评估;
3)河道由于历史积累在底层形成了天然防渗层,清淤将影响到河道底部物理结构;
4)清淤往往会破坏底栖生态系统。
界面纳米水可扩散和渗透至底泥层,对黑臭底泥直接产生作用,逐渐削减恶性底泥总量,改变泥层性质(如将黑臭底泥氧化分解成土褐色泥)。这样就可以实现减少或避免清淤的河道处理工程模式。另外,技术对于水质指标的提升在生化原理层面具体而言:
1) 降低氨氮
对于水体环境,上覆水和底泥中自然而然地生存着大量细菌。当中有一类硝化细菌,可以将氨氮转化,也就是降低氨氮。但硝化细菌需要合适的生存环境,如充足的氧气、弱碱性水体、合适的多孔材料等等。对于受污染或自净能力差的水体很难满足上述条件。“界面纳米水”技术就是通过为硝化细菌提供优质的生存环境,来激活硝化细菌降低氨氮的。具体来讲,界面纳米水设备产生的丰富的、含有高纯度氧的纳米气泡,可为底泥层和上覆水深度供氧;深度供氧后就会促进好氧反应的发生,特定的好氧反应将释放氢氧根,这样弱碱性环境就创造出来了;此外,除了主体设备以外,还配套提供小尺寸界面材料,该种材料可以为硝化细菌提供反应界面和促进细菌繁殖。这样硝化细菌在我们所创造出的适宜水环境中,将不断消耗氨氮。
2) 降低 COD
关于 COD 指标的降低,主要来源于设备产生的纳米气泡在水体中会强制爆破,爆破过程产生羟基自由基。羟基自由基氧化能力非常强,可高效氧化水体中的有机污染物,直接降低 COD 指标。另外,微生物界面纳米水激发水环境中固有好氧微生物活性。好氧微生物吸收水体中营养物质(蛋白质、多脂类等),达到降解有机物,降低 COD 指标的效果。
3) 降低总磷
厌氧条件将会造成底泥中磷向水体释放,界面纳米水设备产生的富含氧气的纳米气泡由于其尺度极小且具有荷电效应,可以渗透到底泥当中,抑制厌氧反应,也就抑制了磷由泥向水的转移,显然可以控制总磷指标;此外,界面纳米水环境还能激活聚磷菌在好氧条件下吸收磷酸盐,这样既抑制底泥释放,又直接从水里吸收、脱除,将有效控制总磷指标。
4) 提升透明度
设备可通过调控气泡的大小产生微米气泡,微米气泡荷电且ζ电位高,可高效率粘连水中影响透明度的悬浮物、胶体、浮游生物(藻类、细菌)等,并将这些污染物集中携带至水面,然后由水力机械等装置除去。通过这种途径,界面纳米水处理技术可有效改善水体透明度,使水更加清澈。如前所述,通过基础研究和实践积累已经形成了不少的水环境治理技术,如投加化学药剂、人工湿地、曝气复氧等,但这些难以作为一个有效的系统工程全面地长效地改善水质。常规技术中作为主力军的人工湿地与界面纳米水技术作比较对比结果可见界面纳米水技术优势明显。
5)结合沉水植物
纳米气泡给水体营造了良好的环境,为了更加增加景观效果,结合沉水植物一起改善水质,由纳米气泡直接改善底泥结构,给沉水植物种植提供优良的种植环境,沉水植物在其高光合作用活性期间大量消耗水中的溶解性无机碳,增加溶解氧(DO)浓度,升高 pH 值,利于氨的挥发和磷的化学沉淀,可对 N、P 做短期储存,利于水中有机物的矿化。沉水植物从水层和底泥中吸收氮丶磷,并同化为自身的结构组成物质,从而去除减少氮、磷等富营养化物质。纳米气泡可以对沉水植物根系提供营养因子,促进其根系发育,使其生长旺盛,更好的净化水体,纳米气泡水体中的沉水植物可以更大量吸收水体中的营养物质,成为优秀品种,造成藻类缺乏营养,从而抑制其发展。并且旺盛的沉水植物的茎和叶以及浮水植物的根可以减缓水流速度和消除缓流,以达到过滤、沉淀泥沙颗粒、有机微粒的作用。为微型动物提供了附着基质和栖息场所,其大量捕食浮游藻类,控制藻类数量。可以做到清澈见底、鱼翔浅底的美好景观。