英國曼徹斯特大學科學與工程學院劉旭慶教授和天津工業大學劉雍教授合作，以木棉樹為靈感研發出一款綠色凈水材料，其具備超 80% 的分解效率、以及優良的耐久性。

1、只需照射 2 小時，光降解性能即可提至 90% 以上

當給該材料摻雜還原氧化石墨烯、并讓其改性之后，在 21.85 W/dm2的光功率下，只需照射 2 小時，光降解性能即可提至 90% 以上。

木棉開花后會形成木棉絮，棉絮中的纖維具備獨特的中空結構，中空率能達到 86% 以上，并具備柔軟、光滑、質輕、不易纏結、不霉不蛀等特性，是理想的吸收材料。

但是，木棉纖維的抱合力差，長度上也夠不著可紡長度，因此無法成為單獨的紡織材料，此前一般多作為填充材料使用，嚴格意義來講它算是一種廢料和空氣污染物。

而把它制成綠色凈水材料，堪稱“以廢治廢”“以污治污”。審稿人也認為該成果非常有趣，即使用傳統觀念上的植物廢料來治理廢水，利用木棉絮纖維表面的化學修飾構建出一個纖維表面的微平臺，從而在纖維表面制備半導體顆粒。

水溶液中的污染去除系統需要新的發展。越來越多的人正通過吸附過程和化學混凝技術，來減少污染和控制水污染。然而，傳統吸附技術只能將有機污染物從水轉移到固體基質上，這會導致二次污染，且需要進一步處理。

在這些金屬氧化物中，氧化鋅是一種無毒且相對經濟有效的 n 型半導體，其寬帶隙為 3.37eV，高結合能高達 60MeV。更重要的是，它是一種可調諧材料，對紫外光敏感，還可通過摻雜金屬、或其他材料來提高其光催化性能。

此前人們在光分解水中的污染物時，都是直接把材料以粉體的形式撒在需要處理的水體中。但是，他想把光催化劑負載到纖維上。普通的纖維一般是實心的，中空纖維將更有效提高催化劑和污水接觸面積。后來，他發現木棉纖維具有中空結構。

2、為應用而生：解決紡織廢水難題

本次成果一開始就是為應用而做，即解決紡織廢水的問題。對他來說，要想實現應用，只需對該成果做放大化處理，并解決未來可能存在的問題即可。例如，讓纖維表面處理過程的設備實現互相匹配，就能更快走向應用。

具體來說，該技術成本低所使用的原料，包括氧化鋅、姜黃素、木棉纖維等很便宜，木棉纖維甚至是一種污染物，對其進行利用可謂變廢為寶。同時，材料制備路線并不復雜，制備條件也不苛刻，水溶液中即可完成制備，比較符合工業化生產的需求。

其所在的英國當地非常鼓勵校企合作。目前，劉旭慶和外部企業正進行的一個合作是關于紡織面料數據庫的工作，該成果旨在提升設計師的設計便捷度。最近，他正和歐洲一家著名時尚品牌在合作研發新型抗菌面料。

其也參與過一些政府和政府之間的合作。例如，在新冠疫情伊始，他就做過關于抗埃博拉病毒口罩的研究，這是英國政府支援肯尼亞政府的一些工作。一旦進行抗菌或者抗病毒的研究，時間周期會比較長，因此抗菌產品的形態仍在探討中。

3、盤點一下各種污水處理技術

活性污泥技術：活性污泥技術是一種生物法，將空氣注入廢水中，使好氧性微生物繁殖培養，形成具有較強吸附能力的活性污泥，生物法已經逐漸成為污水處理技術的主流方法。

A/O工藝法：又稱厭氧好氧工藝法。它能去除廢水中的有機污染物、氮和磷。對于高濃度有機廢水和難降解廢水，在好氧段之前設置水解酸化段，可顯著提高廢水的可生化性。

A2/O法：生物脫氮除磷工藝是傳統活性污泥工藝、生物硝化及反硝化工藝和生物除磷工藝的綜合。該工藝的BOD5和SS處理效率可達90%~95%，總氮為70%以上，磷90%左右，適用于需要除氮除磷的大中型城市污水處理廠。但A2/O工藝的建設和運行成本均高于普通活性污泥工藝，對運行和管理要求較高。根據我國當前國情分析，當處理后的污水排入封閉水體或緩流水體，導致水體富營養化進而影響供水水源時，才考慮采用該工藝。

化糞池技術：生活污水的收集和預處理，不僅能夠收集污水，還可以通過微生物新陳代謝作用去除部分有機物。

人工快滲：在快速滲濾系統運行中，污水周期地向滲濾田灌水和休灌，在土壤層形成的厭氧、好氧交替運行狀態，有利于氮、磷的去除。COD和氨氮的平均去除率分別為79.65%和94.47%，出水達到GB18918—2002一級A排放標準。

生態塘：由氧化塘發展而來的污水生態化處理技術，主要用于污水的二級深度處理。它是利用天然或人工池塘的污水自凈化能力，以太陽能為初始能量驅動，借助菌藻共生強化系統去除有機物，以水生植物和水產品、水禽的形式作為資源回收，凈化后的污水也可作為再生水循環利用，實現污水資源化，是生態處理的發展方向。

穩定塘：穩定塘技術是實現干旱區污水資源化利用的有效方法。與傳統的二級生物處理技術相比，高效藻類塘具有許多獨特的特性，對于土地資源相對豐富但技術水平相對落后的農村地區來說，是一種具有推廣價值的污水處理技術。

無動力地埋式生活污水處理裝置：生活污水進入厭氧消化池，污水中的懸浮物沉降成污泥，污泥經過一定時期的自然發酵，有機物得到降解。

生活污水凈化沼氣池：新型生活污水厭氧凈化池（或稱城鎮生活污水凈化沼氣池）是一種小型分散式污水處理裝置。生活污水凈化沼氣池是在化糞池和沼氣池的基礎上開發的，解決了化糞池處理效果差、沉積污泥多、沼氣池沼氣回收率低的弊端。

地下土壤滲濾系統：在該系統中，污水通過一定結構的入滲溝分布到土壤表面，通過物理、化學、微生物降解和植物吸收利用等方式對污染物進行處理和凈化。

生物膜技術：生物膜法是一種主要用于處理分散生活污水的人工處理技術，包括厭氧生物膜法和好氧生物膜法。厭氧或好氧微生物附著在載體表面，形成生物膜，吸附降解污水中的污染物，達到凈化的目的。

曝氣生物濾池：簡稱BAF，是集生物膜法和活性污泥法兩者優點于一體的第三代生物濾池。BAF具有去除有機物、有害物質、脫氮、除磷的作用。占地面積小、基建投資少、能耗及運行成本低。

地埋A/O-人工濕地技術：是在常規生化處理基礎上，添加人工濕地系統進行深度處理。人工濕地系統是人為的在有一定長寬比和底面坡度的洼地上用土壤和填料（如礫石等）混合組成填料床，使污水在床體的填料縫隙中流動或在床體表面流動，并在床體表面種植性能好、成活率高、抗水性強、生長周期長、美觀及具有經濟價值的水生植物(如蘆葦，蒲草和美人蕉等)，形成一個“基質—微生物—植物”的復合生態系統，并利用這一復合生態系統特有的凈化功能，進行高效的水質凈化。

一體化MBR工藝：一種將活性污泥法和膜分離系統結合的高效污水處理工藝，利用膜組件進行的固液分離過程取代了傳統的沉降過程，可有效去除固體懸浮顆粒和有機顆粒，制備無菌水。系統出水可直接用于生產或生活回用。污水經該系統處理后的出水，各項指標均可以達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》的規定標準。

4、污水處理工業發展前景分析

中國人均水資源僅為全球平均水平的四分之一，是一個人均水資源相對貧乏的。此外，我國水資源分布不均，呈現“東豐西虧，南多北少”的趨勢。截至2018年底，中國水資源總量2796億立方米，人均水資源量2004立方米/人，僅為平均水平的1/4。

中國90%以上的人口居住在黑騰沖線以東約35%的土地上。人口分布的不平衡加劇了區域間人均水資源的差異。目前，全國三分之二的城市處于缺水狀態，140個城市處于嚴重缺水狀態。根據公認的，我國12個省區的人均水資源低于嚴重缺水線，8個省區（天津、寧夏、北京、山東、、河北、河南、山西）的人均水資源不足500立方米，較其嚴重缺水地區。我國屬季風氣候，水資源時空分布不均，南北自然環境差異較大。華北地區人均水資源量不足500立方米。

目前，我國工業廢水處理行業企業數量眾多，但大多規模較小，前十大企業CR10所占份額不足10%。未來，隨著行業的發展，行業集中度有望提高。