Only Perception: 廢鐵屑的綠色未來

2008-12-27

廢鐵屑的綠色未來

A green future for scrap iron
http://www.physorg.com/news144941024.html

November 03, 2008

當你把廉價的一塊廢鐵扔進垃圾桶之前，請仔細瞧一下。張偉賢（Wei-xian Zhang）有個好用途。很快地，有朝一日，大多數人也許會這麼做。

張，一位公民及環境工程教授，最近完成了一項五年研究計畫，在其中他與他在上海同濟大學的同僚利用 200 萬磅的鐵將工業廢水中的污染物去毒。

將鐵用於環保應用中，此計畫，在上海完成，是史上規模最大的。這種鐵，因為沒有被氧化所以稱為零價鐵（zero valent iron，ZVI），以每磅不到 15 美分的價格取自於當地金屬加工廠的刨片（shavings）或車床屑（turnings）。張與 Luming Ma（譯音：馬路明，同濟大學環境工程教授）所寫的一篇文章，最近發表在 Environmental Science and Technology（ES&T，ACS 旗下期刊）上，並成為該刊物的封面文章。

這個 ZVI 計畫一開始時是實驗室中一項小型的實驗桌（benchtop）實驗，那使用整整 90 磅的鐵來處理溶液中的毒素。那在 2005 - 06 年逐漸變成一項先導試驗，利用 2000 磅的鐵在上海桃浦工業區的污水處理廠中來預處理廢水。桃浦廠的廢水由小型化學、原料與製藥公司所產生，先前僅靠微生物來處理。ZVI 增加並改善這種整治（remediation）方法。

在先導試驗之後，上海市政府核准一筆經費，在桃浦區建造一座全規模的處理反應器，每天有能力處理 1600 萬加侖的廢水。ZVI 反應器在兩年前連接到生物污水處理廠，而且持續使用到現在。該系統最近由上海市環境保護局認證。

根據 Ma 表示，將 ZVI 添加到傳統的廢水處理生物方法中能導致污染物濃度的顯著改善。 Ma 指導同濟大學環境科學與工程系的城市污染控制國家工程研究中心。生物需氧量（BOD）的移除從 76% 提升到 87%。在氮（13% → 85%）、磷（44% → 64%）還有顏料與染料（52% → 80%）之移除中的改善也被記錄下來。

"在這項計畫之前，" Ma 說，"沒有多少人相信廢鐵能在廢水處理廠中起作用。我們開發出一種以銅活化的鐵，並使用系統性的方法 -- 從實驗桌到先導再到全規模測試 -- 以證明 ZVI 所強化的處理能透過他們本身所使用的生物處理達成戲劇性的改善。"

雖然生物法，包括生物膜與好氧生物，在處理上海市的廢水上有效，但是張與 Ma 在 ES&T 的文章中寫道，但他們在處理工業廢水中生物較不能分解的、而且通常有毒的化合物上（它們有許多是合成有機化學物質），卻成果有限。

這些化學物質會被吸引到鐵的表面，在此它們與鐵共享電子，並被分解與氧化。ZVI，在這種交換期間經歷了氧化作用，在此處理過程中的有效壽命大約二年。

ZVI 廢鐵在化學上類似基於鐵的奈米粒子，由張所發明，現廣泛地用於北美洲以清潔淨化過的土壤及地下水。這種奈米粒子包含 99.9% 的鐵與大約 0.1% 鈀或其他貴金屬。

張表示，廢鐵的低成本讓它具有很大的潛力可用於開發中國家，在那裡（其他）奈米粒子的成本 -- 大約每磅 50 美元 -- 過於昂貴。張與 Ma 在文章中提到，單單中國的紡織業每年就會產生 20 億噸的廢水。

※ 鐵也能促進微生物生長。

＊ Enhanced Biological Treatment of Industrial Wastewater With Bimetallic Zero-Valent Iron
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es801743s