黑臭水體嚴(yán)重影響了城市環(huán)境形象與居民生活環(huán)境。由于城市污染水體中普遍存在有機(jī)物含量較高，氮磷豐富，生物量少及生態(tài)結(jié)構(gòu)單一等問(wèn)題，水體自凈能力不高，因此其治理過(guò)程難度大，常規(guī)的治理效果差，容易導(dǎo)致二次污染。2017年，工信部發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)環(huán)保裝備制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確將水污染等檢測(cè)與防治裝備放在首位，并提出到2020年，環(huán)保裝備制造業(yè)產(chǎn)值達(dá)到1萬(wàn)億元，為國(guó)家“水十條”政策的落實(shí)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供助力和保障。當(dāng)下，利用生物修復(fù)技術(shù)強(qiáng)化水體自凈能力是目前國(guó)內(nèi)外城市水體污染治理的主要方向和關(guān)注熱點(diǎn)。

人工水草是生態(tài)工程技術(shù)研究和應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。常見(jiàn)的人工水草主要包括阿克曼生態(tài)基、細(xì)繩狀人工水草、多環(huán)串聯(lián)人工水草、臭輪藻型人工水草、生物飄帶、滌綸式組合生物填料等。這些產(chǎn)品在進(jìn)行水處理的時(shí)候均有其各自的特點(diǎn)，產(chǎn)品價(jià)格、材料比表面積較、生物親和性、長(zhǎng)期效果是在水治理時(shí)需要綜合考慮的問(wèn)題。其中，浙江筑邦科技有限責(zé)任公司研發(fā)的碳纖維生態(tài)水草以其優(yōu)異的性能，為城市臭黑水體、富養(yǎng)化湖泊的水質(zhì)治理提供了一種建設(shè)成本低、性能好、易維護(hù)的高科技解決方案，引起了業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

浙江筑邦科技有限公司成立于 2018年，位于高端人才、技術(shù)和創(chuàng)新資源集聚的浙江省紹興市千人計(jì)劃產(chǎn)業(yè)園，是一家致力于先進(jìn)復(fù)合材料設(shè)計(jì)、制造及智能自動(dòng)化裝備研發(fā)的高新科技企業(yè)。董事長(zhǎng)徐建是魯汶大學(xué)博士，曾入選國(guó)家“千人計(jì)劃”。筑邦科技秉承“邦聯(lián)天下英才，筑造復(fù)材輝煌”的發(fā)展理念，緊跟國(guó)際先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展前沿技術(shù)和碳纖維應(yīng)用技術(shù)前沿，面向先進(jìn)復(fù)合材料高端應(yīng)用市場(chǎng)，力求整合全球優(yōu)質(zhì)資源，打造國(guó)際領(lǐng)先的產(chǎn)學(xué)研一體化平臺(tái)，致力成為世界先進(jìn)新型生態(tài)碳材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。該公司由魯汶大學(xué)博士王雪及一批國(guó)內(nèi)對(duì)新型生態(tài)碳材料極有研究的博士們組成研發(fā)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)多番實(shí)驗(yàn)成功研發(fā)出基于國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度碳纖維的生態(tài)水草。

廣州的成功應(yīng)用案例

碳纖維生態(tài)水草生物膜反應(yīng)器

碳纖維生態(tài)水草怎樣治理污水？治理效果究竟如何？日前，《中國(guó)環(huán)境監(jiān)察》雜志調(diào)研了浙江筑邦科技有限公司。

生物凈化，升級(jí)傳統(tǒng)治污方式

碳纖維生態(tài)水草是一種采用經(jīng)過(guò)特殊表面處理的碳纖維和輔助材料經(jīng)過(guò)加工成型的仿生水草。生態(tài)水草是基于碳纖維（CF）研發(fā)而成，每股碳纖維絲束由直徑為7微米的12000、24000根單絲絲束集合而成，碳含量在93%以上。表面經(jīng)過(guò)特殊改性和涂覆處理，具有條帶狀的溝槽以及用掃描電鏡也難以觀察到的納米級(jí)的微孔結(jié)構(gòu)，具有很大的比表面積。碳纖維表面的溝槽和納米微孔為生物膜的培育提供了溫床。“這是一個(gè)生物法凈化污水的過(guò)程，原理是通過(guò)微生物將水中的污染物代謝掉。碳纖維表面這些納米級(jí)的微孔，能夠?yàn)樗锏暮醚蹙?、厭氧菌提供生長(zhǎng)并形成菌落的場(chǎng)所。碳本身對(duì)生物來(lái)說(shuō)是非常友好的，而且我們還做了表面改進(jìn)處理，有一定的親水性。細(xì)菌在水里自身就能繁殖，現(xiàn)在我們提供一個(gè)固體的載體，使細(xì)菌能進(jìn)入孔里，或者吸附到表面。假如水很干凈的話，細(xì)菌生長(zhǎng)比較慢，缺乏營(yíng)養(yǎng)。而在污染水體里面，富含有機(jī)物，氮、磷都可以作為細(xì)菌生長(zhǎng)的原料。”

在溫和氣溫和光照條件下，好氧、厭氧等多種菌落在碳纖維表面生長(zhǎng)，自外而里形成復(fù)合生物膜結(jié)構(gòu)。在與水體污染物直接接觸的需氧層中，有機(jī)氨氮化合物被好氧菌群氧化為較高價(jià)態(tài)的硝酸根和亞硝酸根離子，在這部分離子通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物膜內(nèi)部的厭氧層，由于此處難以接觸到氧氣，因此硝酸根和亞硝酸根在厭氧脫氮菌的作用下發(fā)生硝解反應(yīng)，產(chǎn)生氮?dú)?。在水流的帶?dòng)下，碳纖維生態(tài)水草發(fā)生擺動(dòng)，使其不斷與水體中的有機(jī)污染物和空氣產(chǎn)生接觸并發(fā)生質(zhì)量交換，從而實(shí)現(xiàn)了去除氨氮的目的。至于污水中的含磷污染物，也會(huì)被細(xì)菌“吃”進(jìn)去，轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w顆粒沉淀下來(lái)，成為淤泥。碳纖維生態(tài)水草對(duì)污染物的處理是一個(gè)生態(tài)友好的過(guò)程，在大幅度降低氮、磷、BOD和COD的同時(shí)，不對(duì)環(huán)境造成其他不良的干擾。

自動(dòng)生產(chǎn)，過(guò)程更加環(huán)保

2018年5月，浙江筑邦公司完成了碳纖維生態(tài)水草產(chǎn)品的試生產(chǎn)與用戶實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)，2018年8月—2019年2月，產(chǎn)品批量生產(chǎn)，2019年4月產(chǎn)品用于水治理工程，并完成產(chǎn)品自動(dòng)化制造方案優(yōu)化。在碳纖維生態(tài)水草問(wèn)世之前，浙江筑邦的研發(fā)團(tuán)隊(duì)已對(duì)現(xiàn)有類似產(chǎn)品做了深入調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市面常規(guī)產(chǎn)品多采用手工生產(chǎn)方式制作完成，橫豎結(jié)構(gòu)之間的固定需要用到很多膠水，生產(chǎn)工藝本身也不是很環(huán)保，會(huì)產(chǎn)生輕微粉塵。另外，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率依賴于工人狀態(tài)，同一天不同時(shí)段生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)會(huì)有波動(dòng)。浙江筑邦公司生產(chǎn)碳纖維生態(tài)水草，則實(shí)現(xiàn)了機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)，既脫離了人力資源的限制，又提高了效率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。最重要的是，不需要后續(xù)使用膠水等化學(xué)產(chǎn)品，生產(chǎn)過(guò)程更加環(huán)保。除了碳纖維生態(tài)水草，浙江筑邦的產(chǎn)品還有先進(jìn)材料機(jī)器人和碳纖維助劑。其中碳纖維助劑配合水草使用，將明顯提升水草性能。

城市水體情況往往處于變動(dòng)之中，例如，不同的城市有不同的走水管網(wǎng)，不同的季節(jié)有不同的降水量。不同水體的污染物不一樣，相應(yīng)的治理方案就不一樣，配套措施也不一樣。浙江筑邦總經(jīng)理夏國(guó)興長(zhǎng)期從事紡織制造業(yè)，具有豐富的工業(yè)纖維裝備與工藝研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)纖維表面的改進(jìn)研制，可以根據(jù)市場(chǎng)的不同需求做出調(diào)整。

因?yàn)楫a(chǎn)品生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造，所以完全可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)待治理流域水體流動(dòng)特性、生物菌類培養(yǎng)的需求，實(shí)現(xiàn)碳纖維生態(tài)水草的柔性定制和批量制造。浙江筑邦與行業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，圍繞水體污染治理的產(chǎn)品研發(fā)、自動(dòng)化制造、研制驗(yàn)證、規(guī)?；瘧?yīng)用開(kāi)展實(shí)質(zhì)合作，已簽約項(xiàng)目總產(chǎn)值為600余萬(wàn)元。碳纖維生態(tài)水草已成功應(yīng)用于發(fā)達(dá)國(guó)家的水體生態(tài)環(huán)境修復(fù)和水污染防治領(lǐng)域，在日本成功修復(fù)了棒名湖、洪名湖、舊芝川等湖泊河流，在改善水質(zhì)、海洋藻場(chǎng)養(yǎng)殖、工業(yè)廢水處理等方面的應(yīng)用實(shí)例已經(jīng)有240多個(gè)，取得了良好的效果。

碳纖維生態(tài)水草生物膜系統(tǒng)及其污染處理示意圖

一水一治，為“青山綠水”盡一份力

在實(shí)際應(yīng)用中，碳纖維生態(tài)水草需要懸掛在待治理水體當(dāng)中。“用纜繩掛好，像晾衣架一樣掛一串，水草要在水面以下，與水體充分接觸。我們根據(jù)不同水質(zhì)制定不同的治污策略，大原則是‘一水一治’。通過(guò)測(cè)算確定每個(gè)立方米水體放多少水草，并且根據(jù)豐水期、枯水期變化而調(diào)整。使用一段時(shí)間之后，水草表面附著厚厚一層像淤泥一樣的東西，那就是微生物膜?！闭憬罴夹g(shù)人員表示，“我們?cè)u(píng)估過(guò)，常規(guī)氣溫在20℃以上，細(xì)菌就很容易繁衍。從我們測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，48小時(shí)菌落就可以把纖維表面鋪滿。有一些水體本身不太容易繁殖菌落，我們會(huì)添加一些菌種，先培養(yǎng)好，再轉(zhuǎn)移進(jìn)入水體。最終達(dá)到的效果是，污染物消耗速度大于產(chǎn)生速度，水質(zhì)就會(huì)慢慢好轉(zhuǎn)?！?/p>

水族箱污水處理效果（左：處理前；右：處理后）

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)與測(cè)算，碳纖維生態(tài)水草的水體污染物去除效果顯著優(yōu)于普通填料。普通填料對(duì)總氮、總磷、COD的脫除率分別是28.19%、32.80%、21.45%，而生態(tài)水草的這三項(xiàng)數(shù)據(jù)分別達(dá)到了49.53%、98.19%、34.76%。此外，碳纖維生態(tài)水草的生物負(fù)載量達(dá)到了普通填料的2.5倍。浙江筑邦研發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，在未來(lái)幾年內(nèi)碳纖維生態(tài)水草在水體污染治理領(lǐng)域大有可為。“我們希望碳纖維生態(tài)水草能為改善我國(guó)青山綠水的生態(tài)環(huán)境愿景盡一份力?！?/p>

浙江筑邦為實(shí)現(xiàn)這一心愿做出了諸多努力?！拔覀円猿鞘形鬯畠艋鳛闃I(yè)務(wù)核心，后續(xù)向生活相關(guān)方向發(fā)展，比如游泳池、養(yǎng)殖業(yè)，工業(yè)廢水處理也是我們接下來(lái)試驗(yàn)的方向。按我們公司對(duì)市場(chǎng)前景的預(yù)估，僅在長(zhǎng)江中下游，我們可以提供服務(wù)的城市就有四五十個(gè)。前幾年，大家認(rèn)為這個(gè)材料雖然好，但是太貴了?，F(xiàn)在我們努力把材料價(jià)格調(diào)整到治理方案可以接受的程度了。這幾年，浙江、廣東、湖北都對(duì)我們的生態(tài)水草材料有了認(rèn)知和認(rèn)可?！?/p>

碳纖維生態(tài)水草具有耐酸堿和不易老化等特點(diǎn)，后續(xù)維護(hù)投入低，具有較高的綜合治理性價(jià)比，符合國(guó)家發(fā)改委對(duì)于凈化水處理工程持續(xù)投資600～900元/米3的標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)，浙江筑邦與貴州省、寧波市、武漢市人民政府等成為合作伙伴，碳纖維生態(tài)水草也進(jìn)入了浙江寧波、湖北武漢、廣東廣州等地湖泊和城市內(nèi)部水體，并初步取得了不錯(cuò)的效果。

2014年，習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第五次會(huì)議上提出振聾發(fā)聵的問(wèn)題：“原油可以進(jìn)口，世界石油資源用光后還有替代能源頂上，但水沒(méi)有了，到哪兒去進(jìn)口？”“水安全是涉及國(guó)家長(zhǎng)治久安的大事，全黨要大力增強(qiáng)水憂患意識(shí)、水危機(jī)意識(shí)，從全面建成小康社會(huì)、實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，重視解決好水安全問(wèn)題?！彪S著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市水體治理越來(lái)越關(guān)系到每一位公民的切身利益。浙江筑邦公司的碳纖維生態(tài)水草為推動(dòng)這一問(wèn)題的解決提供了一個(gè)可行的選項(xiàng)。我們共同期待著，未來(lái)更多高科技產(chǎn)品為環(huán)境改善與治理增添動(dòng)力。