科大研發創新高效、低成本污水處理技術

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。

MeBRs的多項關鍵突破包括：

• 每平方米濾網每小時可處理 148 至 307 升污水，處理量是傳統 MBR的10至20倍，且濾網在長時間運作後仍能保持良好結構。

• 經該系統處理後排放的污水，其總懸浮固體含量低於每升20毫克，較香港每升30毫克的標準更低，達到全球75%人口的廢水排放要求。

• 系統可在低電量運行，其耗電量僅為每立方米2.5至47瓦時，有助顯著降低整體營運開支。

論文第一作者、科大博士生羅宇進一步解釋稱：「我們開展了為期 120 日的連續測試，並採用真實的城市污水進行了21日的過濾試驗。結果顯示，濾網結構在整個測試期間保持穩定，僅在長時間使用後出現輕微的物理變化，但未對其機械強度產生實質影響，這充分證明系統具有出色的耐用性。」

本研究的通訊作者之一的郭洪驍博士指出：「新技術令濾網能在超高通量下仍能維持穩定運作，不僅可顯著提升污水處理的效率，更將生物膜重新形成的時間縮短至 10 分鐘之內，從而能長期維持穩定水質，並提高系統整體可靠度。」

本研究的通訊作者之一陳光浩教授表示：「全球各地面對氣候變化、能源成本上升及污水處理需求增加等多重壓力，如何以更少的資源處理更多污水，已成為許多城市需要面對的挑戰。我們的技術在保持高通量污水處理的同時，仍能符合嚴格的國際排放標準，有望舒緩現有污水處理設施的壓力，並為人口密集城市提供更具彈性的解決方案。以現時的分析推算，新技術每處理一立方米污水可節省約 0.05 美元成本其累計效益相當可觀，這正是我們希望透過研究為社會創造的實際價值。」