你知道吗？工厂排出的碱性污水，竟能像“海绵”一样吸收空气中的CO₂，同时变身环保建材原料？近日，山西大学和太原理工大学团队在《Frontiers of Environmental Science & Engineering》发表综述，提出工业废水与CO₂“相互修复”的创新思路：利用碱性、含钙或微生物废水吸收CO₂，既能降低碳排放，又能净化污水，还能生产碳酸钙、生物柴油等副产品。这项技术尤其适用于工业欠发达地区，为小型工厂的分散污染治理提供了新方案。

污水与CO₂的“化学反应”：三种废水各显神通

工业废水和CO₂是环境治理的两大难题，而这项研究发现，它们其实是“最佳拍档”。研究团队将废水分为三类，各自发挥“捕碳”特长：

碱性废水如同“天然中和剂”，pH值通常高于11，能与CO₂发生酸碱反应。例如，啤酒厂废水经CO₂处理后，pH值可从11.4降至5.6，同时CO₂吸收率超70%。更神奇的是，反应后生成的碳酸钠晶体（市场价格约370美元/吨）可直接用于纺织工业，实现“变废为宝”。

含钙废水则像“矿物沉淀器”。钢铁厂、水泥厂废水中的钙离子（Ca²⁺）与CO₂结合，会生成碳酸钙（CaCO₃）沉淀。实验显示，每升蒸馏废液可固定638 mg CO₂，生成的碳酸钙空心微球纯度达99%，可用作环保建材或重金属吸附剂。

微生物废水堪称“生物转化器”。微藻在废水中生长时，能通过光合作用吸收CO₂，同时降解氮、磷等污染物。数据显示，1公斤微藻干 biomass可吸收1.9公斤CO₂，而培养微藻的废水经处理后，COD（化学需氧量）去除率达61.9%，还能生产生物柴油，纯度高达99.3%。

从“污染双煞”到“黄金搭档”：背后的科学密码

为什么废水能“吃掉”CO₂？研究揭示了三大关键机制：碱性废水中的氢氧根离子（OH⁻）与CO₂反应生成碳酸根（CO₃²⁻），如同“化学剪刀”剪断碳氧键；含钙废水中的Ca²⁺与CO₃²⁻结合形成沉淀，就像“捕碳网”锁住CO₂；微藻则通过叶绿素将CO₂转化为有机物，堪称“生物工厂”。

论文中提到一个有趣的发现：纳米气泡技术能让CO₂与废水的接触面积增加2倍，而“水限制纳米孔”（孔径<0.7 nm）可将短链PFAS的吸附容量提升15倍。这些技术如同给废水装上“超级捕碳引擎”，大大提高了反应效率。

环保与经济的“双赢”：欠发达地区的治污新招

这项技术不仅环保，还藏着“经济账”。以处理10吨/天工业废水的设施为例，总投资约79万美元，日运营成本1395美元，但通过销售碳酸钙、生物柴油等副产品，年利润可达9.4万美元，投资回收期约8.4年。在孟加拉国等地区，纺织厂废水经处理后，砷浓度从超标降至安全值，同时每年可减少52%的CO₂排放，惠及3500万居民。

研究团队建议，在工业欠发达地区建立“小型低碳工业园区”，整合多家工厂的废水和CO₂排放，通过管道网络实现集中处理。例如，丹麦卡伦堡工业园区将炼油厂废水输送至电厂，既减少取水又降低碳排放，这种模式值得借鉴。

挑战与未来：让污水“吃碳”更高效

尽管前景广阔，这项技术仍面临“成长的烦恼”：CO₂吸收效率受废水性质影响大，短链污染物去除率不足30%；分散污染的收集和运输成本高；微生物在高毒废水中难以存活。对此，研究团队提出对策：开发AI驱动的反应器优化反应参数，利用太阳能降低能耗，培育耐毒微藻菌株。

“未来，我们希望让每升废水都成为‘碳捕手’，让工业污染变成资源宝库。”论文通讯作者程芳琴教授表示。这项研究为全球碳中和提供了新思路——原来治理污染，有时只需要让“问题”与“问题”相遇，就能碰撞出可持续的解决方案。

来源: FESE Message