新闻及香港科大故事

废水处理是全球环境保护与公共卫生的重要课题。香港科技大学（科大）近日取得重大科研突破，成功揭示一种崭新的「无氧化剂电催化」机制，为水净化技术开辟全新方向。与现行技术相比，该技术能精准识别并锁定目标污染物，将能源更有效地集中于关键处理环节，在显著提升净化效率的同时，经济效益提高近一倍。此项研究由科大土木及环境工程学系讲座教授劳敏慈教授领导的团队完成，成果已发表于《自然通讯》，论文标题为「Iodine-mediated proton-coupled electron transfer enables selective polymerization of organic pollutants in an oxidant-free electrocatalytic system」。研究团队成员包括科大副研究员郑泽校博士、博士生张金、博士后研究员Jonathan J. CALVILLO SOLÍS博士、哲学硕士生张佑铭，以及科大校友Ashutosh KUMAR教授、关小红教授和董浩然教授。在现行的废水处理技术中，业界普遍采用「高级氧化程序」降解水中的有机污染物。然而，传统技术通常需要消耗大量氧化剂，对「总有机碳」（Total Organic Carbon，简称TOC）的去除效果相当有限，并容易产生具毒性的中间副产物。解决这些问题的主要方法是采用聚合反应，将可溶性酚类污染物转化为不溶于水且具疏水性的聚合物，以便后续分离和回收。然而，此过程存在动力学失衡的问题，加上缺乏对污染物的选择性，相关技术的处理效率和整体成效一直未如理想。

香港科技大学（科大）研究团队研发出一项突破性的污水处理技术。该技术结合了基于生物沉积形成的生物膜滤网与超音波空蚀清洗技术，能在厌氧条件下于3.8秒内完成滤网清洗，其处理污水量较现行传统生物膜反应器（MBR）高出10至20倍。新技术不仅在极低能源消耗下维持高效运作，经处理后的水质亦高于国际及本地标准，每立方米汙水的处理成本亦更低至传统MBR的50%。这项创新技术为处理生活和工业汙水带来可持续性的崭新方案。研究团队由科大土木及环境工程学系讲座教授陈光浩教授领导，团队成员包括土木及环境工程学系博士后研究员郭洪骁博士及博士生罗宇等人，研究以「瞬态空化实现滤网式生物反应器中滤饼层的超快速去除，从而高效完成污水处理过程中的泥-液分离」为题于《自然 – 水》期刊发表。MBR为现时全球最普遍应用的二级污水处理技术之一，利用微生物经好氧或厌氧方式，分解污水中的有机物。以香港渠务署所制订的标准为例，经二级处理污水的总悬浮固体（TSS）须符合每升30毫克或以下的排放标准。虽然MBR技术在分离水与悬浮生物方面表现出色，但膜污染（fouling）问题严重，需要定期清洗和更换，导致营运成本相对高昂。科大团队设计的生物膜网状滤网（Mesh bioreactors, MeBRs），采用10至200微米的网状结构，利用微生物自然沉积形成的薄膜进行固液分离，并使用压电式超声波换能器（piezoelectric ultrasound transducers），透过超声波产生气泡并瞬间破裂所造成的空蚀现象（cavitation），迅速剥离网面上的污染物（biocake）。在好氧情况下能在10秒内完成清理程序，至于在处理家用污水的厌氧情况下，清洗时间更缩短至 3.8 秒。MeBRs的多项关键突破包括：