浙江筑邦：先進科技助力城市水體清潔

黑臭水體嚴重影響了城市環境形象與居民生活環境。由于城市污染水體中普遍存在有機物含量較高，氮磷豐富，生物量少及生態結構單一等問題，水體自凈能力不高，因此其治理過程難度大，常規的治理效果差，容易導致二次污染。2017年，工信部發布《關于加快推進環保裝備制造業發展的指導意見》，明確將水污染等檢測與防治裝備放在首位，并提出到2020年，環保裝備制造業產值達到1萬億元，為國家“水十條”政策的落實和環保產業的快速發展提供助力和保障。當下，利用生物修復技術強化水體自凈能力是目前國內外城市水體污染治理的主要方向和關注熱點。

人工水草是生態工程技術研究和應用的重要環節。常見的人工水草主要包括阿克曼生態基、細繩狀人工水草、多環串聯人工水草、臭輪藻型人工水草、生物飄帶、滌綸式組合生物填料等。這些產品在進行水處理的時候均有其各自的特點，產品價格、材料比表面積較、生物親和性、長期效果是在水治理時需要綜合考慮的問題。其中，浙江筑邦科技有限責任公司研發的碳纖維生態水草以其優異的性能，為城市臭黑水體、富養化湖泊的水質治理提供了一種建設成本低、性能好、易維護的高科技解決方案，引起了業內廣泛關注。

浙江筑邦科技有限公司成立于 2018年，位于高端人才、技術和創新資源集聚的浙江省紹興市千人計劃產業園，是一家致力于先進復合材料設計、制造及智能自動化裝備研發的高新科技企業。董事長徐建是魯汶大學博士，曾入選國家“千人計劃”。筑邦科技秉承“邦聯天下英才，筑造復材輝煌”的發展理念，緊跟國際先進復合材料發展前沿技術和碳纖維應用技術前沿，面向先進復合材料高端應用市場，力求整合全球優質資源，打造國際領先的產學研一體化平臺，致力成為世界先進新型生態碳材料領域的領軍企業。該公司由魯汶大學博士王雪及一批國內對新型生態碳材料極有研究的博士們組成研發團隊，經過多番實驗成功研發出基于國產高強度碳纖維的生態水草。

廣州的成功應用案例

碳纖維生態水草生物膜反應器

碳纖維生態水草怎樣治理污水？治理效果究竟如何？日前，《中國環境監察》雜志調研了浙江筑邦科技有限公司。

生物凈化，升級傳統治污方式

碳纖維生態水草是一種采用經過特殊表面處理的碳纖維和輔助材料經過加工成型的仿生水草。生態水草是基于碳纖維（CF）研發而成，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。表面經過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的微孔結構，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。“這是一個生物法凈化污水的過程，原理是通過微生物將水中的污染物代謝掉。碳纖維表面這些納米級的微孔，能夠為水里的好氧菌、厭氧菌提供生長并形成菌落的場所。碳本身對生物來說是非常友好的，而且我們還做了表面改進處理，有一定的親水性。細菌在水里自身就能繁殖，現在我們提供一個固體的載體，使細菌能進入孔里，或者吸附到表面。假如水很干凈的話，細菌生長比較慢，缺乏營養。而在污染水體里面，富含有機物，氮、磷都可以作為細菌生長的原料。”

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，自外而里形成復合生物膜結構。在與水體污染物直接接觸的需氧層中，有機氨氮化合物被好氧菌群氧化為較高價態的硝酸根和亞硝酸根離子，在這部分離子通過擴散作用進入生物膜內部的厭氧層，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生硝解反應，產生氮氣。在水流的帶動下，碳纖維生態水草發生擺動，使其不斷與水體中的有機污染物和空氣產生接觸并發生質量交換，從而實現了去除氨氮的目的。至于污水中的含磷污染物，也會被細菌“吃”進去，轉變為固體顆粒沉淀下來，成為淤泥。碳纖維生態水草對污染物的處理是一個生態友好的過程，在大幅度降低氮、磷、BOD和COD的同時，不對環境造成其他不良的干擾。

自動生產，過程更加環保

2018年5月，浙江筑邦公司完成了碳纖維生態水草產品的試生產與用戶實驗室評價，2018年8月—2019年2月，產品批量生產，2019年4月產品用于水治理工程，并完成產品自動化制造方案優化。在碳纖維生態水草問世之前，浙江筑邦的研發團隊已對現有類似產品做了深入調研。調研發現，市面常規產品多采用手工生產方式制作完成，橫豎結構之間的固定需要用到很多膠水，生產工藝本身也不是很環保，會產生輕微粉塵。另外，產品的生產效率依賴于工人狀態，同一天不同時段生產的產品品質會有波動。浙江筑邦公司生產碳纖維生態水草，則實現了機器自動化生產，既脫離了人力資源的限制，又提高了效率和產品質量的穩定性。最重要的是，不需要后續使用膠水等化學產品，生產過程更加環保。除了碳纖維生態水草，浙江筑邦的產品還有先進材料機器人和碳纖維助劑。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之中，例如，不同的城市有不同的走水管網，不同的季節有不同的降水量。不同水體的污染物不一樣，相應的治理方案就不一樣，配套措施也不一樣。浙江筑邦總經理夏國興長期從事紡織制造業，具有豐富的工業纖維裝備與工藝研發經驗，通過對纖維表面的改進研制，可以根據市場的不同需求做出調整。

因為產品生產已實現自動化制造，所以完全可以實現針對待治理流域水體流動特性、生物菌類培養的需求，實現碳纖維生態水草的柔性定制和批量制造。浙江筑邦與行業內相關企業簽署了戰略合作協議，圍繞水體污染治理的產品研發、自動化制造、研制驗證、規模化應用開展實質合作，已簽約項目總產值為600余萬元。碳纖維生態水草已成功應用于發達國家的水體生態環境修復和水污染防治領域，在日本成功修復了棒名湖、洪名湖、舊芝川等湖泊河流，在改善水質、海洋藻場養殖、工業廢水處理等方面的應用實例已經有240多個，取得了良好的效果。

碳纖維生態水草生物膜系統及其污染處理示意圖

一水一治，為“青山綠水”盡一份力

在實際應用中，碳纖維生態水草需要懸掛在待治理水體當中。“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。我們根據不同水質制定不同的治污策略，大原則是‘一水一治’。通過測算確定每個立方米水體放多少水草，并且根據豐水期、枯水期變化而調整。使用一段時間之后，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。”浙江筑邦技術人員表示，“我們評估過，常規氣溫在20℃以上，細菌就很容易繁衍。從我們測試的結果來看，48小時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，我們會添加一些菌種，先培養好，再轉移進入水體。最終達到的效果是，污染物消耗速度大于產生速度，水質就會慢慢好轉。”

水族箱污水處理效果（左：處理前；右：處理后）

經過多次實驗與測算，碳纖維生態水草的水體污染物去除效果顯著優于普通填料。普通填料對總氮、總磷、COD的脫除率分別是28.19%、32.80%、21.45%，而生態水草的這三項數據分別達到了49.53%、98.19%、34.76%。此外，碳纖維生態水草的生物負載量達到了普通填料的2.5倍。浙江筑邦研發團隊認為，在未來幾年內碳纖維生態水草在水體污染治理領域大有可為。“我們希望碳纖維生態水草能為改善我國青山綠水的生態環境愿景盡一份力。”

浙江筑邦為實現這一心愿做出了諸多努力。“我們以城市污水凈化作為業務核心，后續向生活相關方向發展，比如游泳池、養殖業，工業廢水處理也是我們接下來試驗的方向。按我們公司對市場前景的預估，僅在長江中下游，我們可以提供服務的城市就有四五十個。前幾年，大家認為這個材料雖然好，但是太貴了。現在我們努力把材料價格調整到治理方案可以接受的程度了。這幾年，浙江、廣東、湖北都對我們的生態水草材料有了認知和認可。”

碳纖維生態水草具有耐酸堿和不易老化等特點，后續維護投入低，具有較高的綜合治理性價比，符合國家發改委對于凈化水處理工程持續投資600～900元/米3的標準。在國內，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，碳纖維生態水草也進入了浙江寧波、湖北武漢、廣東廣州等地湖泊和城市內部水體，并初步取得了不錯的效果。

2014年，習近平總書記在中央財經領導小組第五次會議上提出振聾發聵的問題：“原油可以進口，世界石油資源用光后還有替代能源頂上，但水沒有了，到哪兒去進口？”“水安全是涉及國家長治久安的大事，全黨要大力增強水憂患意識、水危機意識，從全面建成小康社會、實現中華民族永續發展的戰略高度，重視解決好水安全問題。”隨著我國城市化進程的不斷加快，城市水體治理越來越關系到每一位公民的切身利益。浙江筑邦公司的碳纖維生態水草為推動這一問題的解決提供了一個可行的選項。我們共同期待著，未來更多高科技產品為環境改善與治理增添動力。