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马军院士答疑解惑:有关水污染及水处理技术
更新时间:2021-08-09 来源:ACS美国化学会

  问 高级氧化水处理技术中哪个技术在工程应用潜力大?

  现在PMS,H2O2研究的比较多,但是工程应用偏少,您如何看待未来高级氧化水处理技术工程化应用问题?

  马军院士:

  高级氧化是利用反应过程中形成强氧化性中间态成分降解水中高稳定性有机物的工艺。高级氧化研究的关键是探索强氧化性中间态成分的形成规律与除污染特性,掌握不同类型中间态成分的性质和产生方法,对于科学、合理地运用这些强氧化性中间态成分解决工程中各种不同类型污染物分解与去除难题有重要意义。例如,近年来发展起来的臭氧/过硫酸酸盐高级氧化技术,可以同时产生羟基自由基和硫酸根自由基,而且自由基的转化率很高(约90%),可充分利用臭氧分子、过硫酸盐、次生的羟基自由基和硫酸根自由基等不同类型的氧化成分,在拓宽除污染范围的同时,强化分解有机污染物。该技术使用方便,工艺条件易于控制,在给水深度处理、污水深度处理、工业废水处理等领域具有重要的应用前景。

  问 请问您如何看待大气污染与水体污染之间的联系?

  开发气液协同处理体系是否具有研究价值?

  马军院士:

  大气污染是造成水体面源污染的主要因素之一,例如,含有卤素的有机物在低温下燃烧会产生二噁英类有机物,其毒性高、稳定性强,会造成水体污染,通过食物链富集会影响人类和生物健康;化石燃料燃烧排放,如机动车排放、工业锅炉排放、秸秆焚烧、低温垃圾焚烧等有可能产生多环芳烃、氮氧化物、硫化物和炭黑等;此外,污泥燃烧、煤燃烧等有可能会释放重金属,如汞、铅、砷、铊等,应注意在燃烧之前进行预处理,在燃烧过程中和燃烧之后进行烟气处理,去除重金属与有机物。有些人工降雨方法会使水中引入碘,而碘在水处理消毒过程中会产生毒性非常大的碘代有机副产物,鼓励研究与开发绿色、低碳的人工降雨方法。因此,应加强大气污染的源头控制,优先发展资源回收利用的循环经济,尽可能回收潜在环境问题突出的废物(例如,塑料、电池、温度计(汞)、含卤素材料等),做好垃圾源头分类收集和资源化利用工作,动态地监测含有害成分的混合垃圾焚烧产生的不利影响,并尽可能做好前处理或燃烧过程中污染控制和燃烧后的烟气处理,有效地控制污染物排放。

  发达国家很早就开始控制塑料产品的使用和加强循环利用,例如瑞士的超级市场中顾客自己随身携带可循环利用的塑料袋或纸袋,超级市场有自动有偿回收电池、瓶子、罐子等可循环利用的自动设备。我国已在多个城市开展垃圾分类处理的工作,在此进程中,应该加强资源回收利用的政策和管理方面的工作,尽可能控制含有害物质的混合垃圾燃烧产生的大气污染。目前,我国对大气污染治理启动了全国多省市联防联控行动计划,已取得较好的效果,也可以建立水、气、固多介质系统化污染物防控行动方案,利用大气循环和水循环系统的相互作用,进行多介质有害污染物联防联控。对于农村污水处理和垃圾处置,应尽可能地优先考虑资源回收利用和营养物农田利用等技术路线,在减少污染的同时,将资源回收农用,实现从农产品废物再回用于农田的良性循环。城市污水和城市垃圾也应该逐步地实施与完善垃圾分类收集、污水资源化、有害废物源头污染控制与资源化利用、厨余垃圾和营养物质源头回收与资源化利用等工作。严格控制持久性有机物和重金属等有毒有害工业污染物排放到城市排水收集系统中,尽可能地实现污水和污泥资源化利用,并将不含持久性有机物及重金属的污泥和污水回用于农田或湿地等生态系统中。应开展基于环境友好、低碳等约束条件下的废物全生命周期资源化利用战略规划研究,从资源回收、能源化利用、环境保护、低碳排放等多方面实现垃圾等废物的最优处置与利用,实现社会的可持续发展。

  问 利用沉降和过滤的方法可以实现水污染处理。沉降后的含污染物的沉淀要怎么处理?

  过滤后,滤膜要怎么处理能够实现多次使用?

  马军院士:

  沉降和过滤是目前常规水处理中的重要单元,含污染物的沉淀物应该进行脱水、干化后优先进行资源利用(可以根据沉淀物中的成分,无害化处理后确定用在哪些方面)。例如,给水厂沉淀污泥可以回收铝和铁,其余可以用于盐碱地改良等。污水厂沉淀物视其中所含有的成分来进行处置和资源化利用。随着膜滤技术应用范围的不断加大,延长膜的使用寿命、降低膜污染等成为膜领域的重要研究方向,应发展不造成膜材料破坏的工程应用方法,发展绿色膜污染控制技术和膜清洗方法,包括膜的低压运行、重力驱动运行等方法,开发膜污染控制技术、绿色膜清洗剂和绿色膜清洗工艺等。废旧膜再生循环利用技术也将会有很大的发展前景,随着膜技术的大规模应用,废旧膜的循环利用问题日益突出。此外,无机膜由于具有稳定、绿色、耐久、对水质无副作用等特点,将会是水质净化领域的重要发展方向。

  问 对于防止水资源受污染,以及水污染处理方面,居民在日常生活中可以做些什么?

  马军院士:

  防止水资源受到污染最为经济的方法是全民从源头上控制污染,在日常生活与生产中减少污染,这是基于全生命周期角度考虑的最优水污染控制方案。例如,吃饭时尽量减少剩饭,让居民养成良好的生活习惯,节约型社会的发展是人类进步的标志,一旦剩饭以垃圾的形式进入环境,治理难度非常大,在治理过程中消耗能量,产生甲烷、二氧化碳等温室气体,也很难经济有效地控制污染,但从源头上控制相对容易。例如,一个废旧电池往往能污染一大片土地,若焚烧则会污染大气(重金属污染,又会通过面源的形式重新进入水体,通过生物链部分地进入人体)。所以,废旧电池一定要集中收集,回收利用,这是最为经济的方法。再例如,有些人随地吐痰,这个习惯不好,但一般人没有认识到其潜在的危害,细菌、病毒进入水体后会梯级放大传播效应,有害微生物增殖后威胁更多人的健康,造成潜在的公共卫生安全风险,从概率上看也直接威胁吐痰人自己。还有一些例子,如目前一些人养狗,若狗在路上大小便,如果主人没有及时地采取卫生措施(清理狗的粪便),狗的一些疾病(病毒、细菌等)就可能通过水、空气放大传播效应,并有可能传染给人类,也会形成潜在的公共卫生安全风险。应从中小学教育做起,让学生重视日常生活中减少污染、节约与回收利用资源、维护公共卫生安全、保护环境质量、重视生态平衡等理念。只有全民自觉地养成良好的卫生习惯,自觉地保护环境,为生态文明建设贡献力量,才能经济有效地实现环境生态的可持续发展。

  问 您对渴望发表文章的年轻学者有什么建议吗?

  马军院士:

  发表文章是研究成果公布与学术交流的一种重要形式,也是思想总结,认识深入,成果归纳,理论提升的重要阶段。论文要注重内容原创、思想新颖、分析客观、数据翔实、结论可靠等原则。青年学者要注重夯实基础,注意学科交叉,将理论与实践相结合,深入工程第一线。平时工作中要注重观察,注重实践,在工程中发现问题,在研究过程中动态地凝炼科学问题,客观地探索科学规律,解决工程中的难点问题,并动态地将成果应用于工程中。很多工程科学研究选题往往源于工程实践,但不限于工程本身,总结出的工程科学规律可以指导工程的发展,超前性地引领工程的科技进步,动态地更新工程发展模式和创建工程的新理念,更好地服务于社会。从工程中提炼的科学问题要通过科学试验长时间地探索,经过严密的试验设计和反复测试,通过数据归纳与整理提升,通过归纳和演绎相结合地反复论证,经过实践性检验并螺旋式地发展,取得有益于工程科学发展的理论与技术突破,经过周密地整理,反复地修改,形成学术论文。论文最重要是创新点,围绕创新性的发现,进行理论分析、模型建立,成熟后再发表论文。总之,青年学者更重要的是夯实基础,深入科学研究的第一线和工程实践第一线,从中发现问题,积蓄灵感,寻找突破点,捕获新机遇,在科学研究与论文撰写过程中逐渐地形成自己特色的知识结构和优势学术方向。

  问 研究生怎样提高科研论文写作能力?

  马军院士:

  论文写作是研究生阶段需要训练的重要内容,要提高科研论文的写作能力,首先要重视科技选题。应关注科学与技术发展的前沿动态,并积极地进行交流与讨论,出席本领域及交叉学科领域的学术会议,掌握科学与技术的发展趋势。要在平时阅读文献过程中记录科学与技术的最新发现点,动态地整理新发现的现象在试验与理论分析上的不足之处,动态地撰写所关心学术领域的文献综述草稿,并评述相关学术研究进展和需要完善的理论问题。其次,要在试验过程中准确记录原始条件和试验过程,不能有先入之见,你在整理试验结果时会发现,一个反常的规律很可能意味着新的发现,因此试验规划和试验过程要十分严谨。此外,工科的研究生也要深入工程实践第一线,善于观察工程中出现的问题,勤于分析工程中发现的现象,提高对工程实践问题的认识能力,从工程中寻找科学研究的灵感与机遇。

  科研论文写作贯穿科学问题的选择、科学试验的规划,研究过程细节的记录,反常现象的分析与追踪,严密的数据整理,系统的理论分析。要重视论文的每一个图表的成果表达,要强调其准确性、客观性、直观性。例如,图表中的数据表达是否考虑了试验误差,试验的精密度和准确度如何,反映出的规律是否严密可靠,图表是否规范,是否一目了然等。论文的撰写需要反复修改完善,逐渐地从理论上提升,成熟和完善后再发表。论文投稿过程中,要重视评阅人的意见,认真修改学术论文,必要时补充相关的试验,逐步地完善论文成果。


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