新聞及香港科大故事

廢水處理是全球環境保護與公共衛生的重要課題。香港科技大學（科大）近日取得重大科研突破，成功揭示一種嶄新的「無氧化劑電催化」機制，為水淨化技術開闢全新方向。與現行技術相比，該技術能精準識別並鎖定目標污染物，將能源更有效地集中於關鍵處理環節，在顯著提升淨化效率的同時，經濟效益提高近一倍。此項研究由科大土木及環境工程學系講座教授勞敏慈教授領導的團隊完成，成果已發表於《自然通訊》，論文標題為「Iodine-mediated proton-coupled electron transfer enables selective polymerization of organic pollutants in an oxidant-free electrocatalytic system」。 研究團隊成員包括科大副研究員鄭澤校博士、博士生張金、博士後研究員Jonathan J. CALVILLO SOLÍS博士、哲學碩士生張祐銘，以及科大校友Ashutosh KUMAR教授、關小紅教授和董浩然教授。在現行的廢水處理技術中，業界普遍採用「高級氧化程序」降解水中的有機污染物。然而，傳統技術通常需要消耗大量氧化劑，對「總有機碳」（Total Organic Carbon，簡稱TOC）的去除效果相當有限，並容易產生具毒性的中間副產物。解決這些問題的主要方法是採用聚合反應，將可溶性酚類污染物轉化為不溶於水且具疏水性的聚合物，以便後續分離和回收。然而，此過程存在動力學失衡的問題，加上缺乏對污染物的選擇性，相關技術的處理效率和整體成效一直未如理想。

香港科技大學（科大）研究團隊研發出一項突破性的污水處理技術。該技術結合了基於生物沉積形成的生物膜濾網與超音波空蝕清洗技術，能在厭氧條件下於3.8秒內完成濾網清洗，其處理污水量較現行傳統生物膜反應器（MBR）高出10至20倍。新技術不僅在極低能源消耗下維持高效運作，經處理後的水質亦高於國際及本地標準，每立方米污水的處理成本亦更低至傳統MBR的50%。這項創新技術為處理生活和工業污水帶來可持續性的嶄新方案。研究團隊由科大土木及環境工程學系講座教授陳光浩教授領導，團隊成員包括土木及環境工程學系博士後研究員郭洪驍博士及博士生羅宇等人，研究以「瞬態空化實現濾網式生物反應器中濾餅層的超快速去除，從而高效完成污水處理過程中的泥-液分離」為題於《自然 – 水》期刊發表。MBR為現時全球最普遍應用的二級污水處理技術之一，利用微生物經好氧或厭氧方式，分解污水中的有機物。以香港渠務署所制訂的標準為例，經二級處理污水的總懸浮固體（TSS）須符合每升30毫克或以下的排放標準。雖然MBR技術在分離水與懸浮生物方面表現出色，但膜污染（fouling）問題嚴重，需要定期清洗和更換，導致營運成本相對高昂。科大團隊設計的生物膜網狀濾網（Mesh bioreactors, MeBRs），採用10至200微米的網狀結構，利用微生物自然沉積形成的薄膜進行固液分離，並使用壓電式超聲波換能器（piezoelectric ultrasound transducers），透過超聲波產生氣泡並瞬間破裂所造成的空蝕現象（cavitation），迅速剝離網面上的污染物（biocake）。在好氧情況下能在10秒內完成清理程序，至於在處理家用污水的厭氧情況下，清洗時間更縮短至 3.8 秒。