《能源环境保护》废水、固废电化学处理技术 | 虚拟专题

来源：《能源环境保护》

电化学技术不仅能够将污染物转化为新能源或有价值的化合物，而且还能够提高能源转换效率，减少环境污染。废水及固废的电化学技术的应用有助于实现资源的循环利用，减少对化石燃料的依赖，同时促进了绿色能源的发展和环境的可持续性。通过电化学过程，可以有效地处理废水和固废中的重金属和有机污染物，将其转化为无害或有价值的物质，这对于保护环境和推动能源转型具有重大意义。《能源环境保护》编辑部整理了2023年已发表的10篇关于废水、固废电化学处理技术的论文作为虚拟专题，以期为相关研究人员提供参考。

行业视野: 环境保护
类别; 44个
关键词; 47位
专家; 10篇
论文; 1652IP
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Pd/Ti阳极电催化氧化处理焦化废水反渗透浓缩液的研究

作者(Author)：尹星, 郭雲, 任乐辉, 王雪野, 王志伟

摘要：针对焦化废水膜浓缩过程所产浓缩液中难降解有机物浓度高、处理难度大的问题,本研究采用简便的喷涂法制备了 Pd 负载多孔钛的阳极,并构建了以 Pd / Ti 为阳极和钛网为阴极的电催化氧化装置,实现了焦化废水反渗透浓缩液中难降解有机物的高效稳定去除。在电流密度为5 mA/ cm2时,运行 4 h 后,Pd / Ti 阳极对反渗透浓缩液的 COD 去除率为 86.3%,远高于掺硼金刚石(46.7%)和铱钽电极(34.0%)。气相色谱-质谱分析结果表明,以 Pd / Ti 为阳极的电催化体系可将反渗透浓缩液中的难降解有机物(如 1-硝基-3,5-二甲基金刚烷)转化为结构简单的降解产物(如 2-戊炔-1-醇)。在 28 h 连续运行过程中,COD 出水均低于 50 mg / L 以下,满足《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB 16171—2012)中废水直接排放标准限值。以上结果表明,Pd / Ti 阳极具有高效、低耗处理焦化废水反渗透浓缩液中难降解有机物的潜力。

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能源环境保护

2023年第06期

128

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光电化学传感器在新污染物检测领域的应用

作者(Author)：刘天豪, 欧阳细莲, 程星洋, 汤晶, 汤琳

摘要：近年来,各种新污染物因其潜在的毒性,对生态环境、生物体、人体健康造成了严重的威胁,已经被越来越多的研究者所关注。尽管传统的检测方法具有较高的灵敏度与准确性,但它们往往依赖于大型且昂贵的检测设备以及复杂的操作过程。因此,对新污染物进行快速、精确、便捷的检测是环境污染防控的一个重要环节。在众多检测方法中,光电化学(PEC)传感器因其较低的背景信号,良好的灵敏度以及易于小型化等优点成为了新污染物检测领域的研究热点之一。本文系统详细的综述了 PEC 传感器的检测机理及其在新污染物检测领域的应用研究。介绍了目前 PEC 传感器常用的检测策略、识别策略、以及光电活性材料的改性策略。讨论了 PEC 对多类新污染物检测的研究进展。最后,对 PEC 传感器在新污染物检测领域的发展给出了一些建议和展望,提出了一些潜在的问题与可能的改进方法,以促进 PEC 传感器在新污染物检测领域的进一步发展与应用。

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能源环境保护

2023年第04期

223

86
光电化学传感器在新污染物检测领域的应用

作者(Author)：刘天豪, 欧阳细莲, 程星洋, 汤晶, 汤琳

摘要：近年来,各种新污染物因其潜在的毒性,对生态环境、生物体、人体健康造成了严重的威胁,已经被越来越多的研究者所关注。尽管传统的检测方法具有较高的灵敏度与准确性,但它们往往依赖于大型且昂贵的检测设备以及复杂的操作过程。因此,对新污染物进行快速、精确、便捷的检测是环境污染防控的一个重要环节。在众多检测方法中,光电化学(PEC)传感器因其较低的背景信号,良好的灵敏度以及易于小型化等优点成为了新污染物检测领域的研究热点之一。本文系统详细的综述了 PEC 传感器的检测机理及其在新污染物检测领域的应用研究。介绍了目前 PEC 传感器常用的检测策略、识别策略、以及光电活性材料的改性策略。讨论了 PEC 对多类新污染物检测的研究进展。最后,对 PEC 传感器在新污染物检测领域的发展给出了一些建议和展望,提出了一些潜在的问题与可能的改进方法,以促进 PEC 传感器在新污染物检测领域的进一步发展与应用。

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能源环境保护

2023年第04期

223

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电芬顿-膜蒸馏复合工艺同步脱盐及去除水中有机物研究

作者(Author)：朱斯超, 蒋若兰, 王军, 李魁岭, 方杜贤, 段禹同, 王建兵

摘要：通过真空抽滤法制备了电催化疏水膜,并以电催化疏水膜为基础耦合了气扫式膜蒸馏和电芬顿技术,开发了可同步实现脱盐与有机物降解的新型电芬顿-膜蒸馏(EF-MD)复合工艺。研究考察了电催化疏水膜产过氧化氢性能及 EF-MD 工艺的影响因素。实验结果表明:在电流强度为 160 mA、Fe2+浓度为 1.0 mmol/ L、原料液温度为 60 ℃、硫酸盐浓度为 0.05 mol/ L、pH 为 3、吹扫气体为 O2且流量为 2 L/ min 的条件下,H2O2产量最高可达 126 mg / L;100 h 内 0.5 mmol/ L 草甘膦的降解率可达到 99%以上,TOC 去除率可达 95%,膜通量稳定于 2.37 kg / (m2·h),盐截留率可保持在 99.88%,原料液盐浓度从 7.1 g / L 升高至 38.9 g / L。 EF-MD 复合工艺的成功构建表明,该新型工艺能在同一反应单元内同步实现草甘膦废水的深度处理与浓缩减量,为膜蒸馏运行过程中的膜污染及膜润湿问题提供了新的解决思路。

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能源环境保护

2023年第04期

208

99
元素掺杂材料在电催化反硝化中的研究进展

作者(Author)：焦明硕, 徐斌成, 罗泽溪, 程琛, 王颖

摘要：电催化反硝化是处理硝酸盐废水技术之一。本文综述了电催化反硝化的最新研究进展,分析了电催化反硝化直接电子转移和原子氢(H∗)介导间接还原两种反应机理,总结了电催化反硝化的决速步是将 NO-3还原为 NO-2以及决定产物选择性的关键中间体是 NO。在此基础上,总结了元素掺杂方法及其对电极材料催化活性中心和电催化反硝化反应路径的调控效应,提出了元素掺杂是提高电极材料催化活性、产物选择性和长期稳定性的有效手段。此外,还讨论了其他因素如水质特征、运行参数等对电催化反硝化效果的影响,明确了水中共存卤素离子如 Cl- 和 Br- 等可显著提高 N2选择性以及大多数电极材料在中性条件下还原效果最佳。面向日益增长的硝酸盐废水处理需求,指出了电能消耗高和实际废水水质成分复杂导致副反应多是限制电催化反硝化大规模应用的关键瓶颈。由此,展望了电催化反硝化技术研究未来需要针对多种实际废水的理化性质开展长期中试试验,除了提高还原速率和产物选择性外,还要重点关注电能消耗并对处理尾水的安全性进行监测,以促进电催化反硝化技术的进一步发展和实际应用。

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能源环境保护

2023年第05期

80

24
硝酸盐废水电化学选择性还原产氨的研究进展

作者(Author)：李智卓, 姚福兵, 吴星, 高天宇, 宋振辉, 柴喜林, 唐崇俭

摘要：硝酸盐(NO-3)电化学选择性还原生成氨(NH3)是实现硝酸盐废水资源化处理的关键。本文综述了 NO-3电化学还原生成 NH3领域的最新进展,讨论了 NO-3电化学还原的机理,选择性生成NH3的关键步骤是将 NO-3转化为 NO-2和形成 N—H 键;比较了不同电极材料的性能,提出了强化电极性能的调控策略,分析认为材料的晶体结构、形貌及电荷密度是影响电极性能的关键参数;阐述了电化学反应器对 NO-3转化率和 NH3选择性生成的影响规律,明确了电解池的核心是避免阳极的干扰和实现 NH3的原位分离回收。在此基础上,提出了实现 NO-3 电化学选择性还原生成NH3的重点是开发低成本、稳定高效的电极材料和研发电化学耦合原位分离 NH3的一体化反应器,以及开展长期大规模的实际 NO-3废水电化学选择性还原产 NH3的研究。

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能源环境保护

2023年第04期

224

70
人工湿地耦合微生物燃料电池处理重金属废水的研究进展

作者(Author)：丁国庆, 王霄, 吴忧, 南静, 宋海亮, 杨玉立

摘要：人工湿地耦合微生物燃料电池(CW-MFC)是一项将人工湿地技术(CW)与微生物燃料电池(MFC)相结合的新型技术,克服了 MFC 无法自成体系的缺点,可以在处理各类型废水的同时产生电能,具有广阔的应用前景和研究意义。近年来,国内外关于 CW-MFC 处理染料废水、含盐废水、农药废水、有机化合物废水及含抗生素废水等内容开展了大量研究并取得了重要的研究进展,但在重金属废水处理上的研究内容较少且深度较浅。因此,基于现目前已有的研究,从产电性能和污染物去除效果两方面,总结归纳了 CW-MFC 去除铬、砷、锌、镍、铅等重金属的研究现状,并从基质、电化学、微生物及植物等方面阐明了 CW-MFC 中重金属的去除机理。通过研究现状及去除机理发现, CW-MFC 对含高价态重金属废水(如 Cr(VI))的去除效果及产电性能更好,这可能归因于高价态重金属所具有的强氧化性,增大了 CW-MFC 的氧化还原梯度,促进了系统产电、提高了电化学作用去除的效率。最后探讨了该技术面临的挑战并进行了展望,以期为 CW-MFC 技术的发展提供理论依据。

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能源环境保护

2023年第03期

240

68
微生物电解强化剩余污泥裂解液发酵产短链脂肪酸

作者(Author)：孟庆杰, 王慧, 康旭, 刘文宗

摘要：污泥裂解液是污泥热水解过程中产生的含有大分子有机物的高浓度溶液, 通常采用厌氧消化来实现降解转化及资源回收, 但在热转化过程中, 美拉德反应产物等难降解有机物会导致成厌氧转化效率较低, 产甲烷效率也不高。为了解决这个问题, 本研究提出了利用微生物电解辅助厌氧消化(ME-AD)系统对污泥裂解液进行强化处理和资源化的方法, 旨在考察大分子有机物的降解效能和短链脂肪酸(SCFAs)转化效率。研究结果表明, 与实际污水厂通常处理稀释 5 倍后的裂解液相比, 采用 ME-AD 直接处理裂解液原液可以提升厌氧降解效率。在序批周期内, COD 的去除率为 40.2%, 比传统厌氧转化提高了 15.6%;强化降解污泥裂解液中复杂有机物转化为 SCFAs, 在第五天强化厌氧发酵过程中, SCFAs 的产生达到了最高浓度 40.0×105 mg/ L, 其中乙酸的占比最高, 达到了 68.1%。该研究可为解决污泥裂解液处理难题和污泥资源化利用提供思路。

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能源环境保护

2023年第05期

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21