《能源环境保护》水质安全与水资源循环利用技术 | 专题

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来源：能源环境保护

行业视野: 环境保护
类别; 92个
关键词; 93位
专家; 18篇
论文; 492IP
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基于群感淬灭的磁性分子印迹聚合物制备及其对信号分子吸附特性研究

作者(Author)：孙俊强, 杨海洋, 曲垚, 余华荣, 瞿芳术, 万雨轩

摘要：在厌氧膜生物反应器(AnMBR)中,微生物的群体感应会加重生物污染,而调控N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)浓度对膜污染控制至关重要。基于表面分子印迹技术,本研究选用呋喃酮(DMHF)作为AHLs的结构类似物,采用纳米磁性Fe3O4颗粒作为载体,以甲基丙烯酸(MAA)为功能单体、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,通过表面聚合成功制备了对DMHF具有选择吸附性的磁性分子印迹聚合物(DMHF/SMIP)。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和振动样品磁强计(VSM)对DMHF/SMIP进行了表征,结果表明,成功包裹印迹层的DMHF/SMIP粒径均匀、晶型稳定,有较好的超顺磁性并且表面含有大量的印迹空腔。随后,进行了DMHF/SMIP吸附性能及其对膜污染控制的模拟研究。结果显示,DMHF/SMIP在50min基本达到吸附平衡,对DMHF的最大吸附量可达85.97mg/g,吸附过程符合二级动力学及Langmuir方程,表明其主要以化学吸附和单层吸附为主。DMHF/SMIP表现出优异的稳定性和可回收性,在经过5次吸附-解吸循环后,吸附效率仍可达83.01%。在选择性吸附实验中,DMHF/SMIP对DMHF及其结构类似物表现出高度选择识别能力,对DMHF、4-甲氧基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮和5-羟甲基糠醛的吸附量分别为24.09、12.38和5.34mg/g。利用DMHF/SMIP吸附特征AHLs(C6-HSL),其吸附量可达3.93ug/g,最后,在针对AnMBR的吸附实验中,DMHF/SMIP对C6-HSL的去除率可达到34.87%。本研究制备了一种可选择性吸附且易于循环利用的AHLs分子印迹聚合物,为其在水处理中的应用提供了理论基础技术指导。

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2025年第01期

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溴离子对紫外/氯联用工艺中天然有机质转化和卤代副产物生成的影响

作者(Author)：阮小雪, 向滢颖, 杨欣

摘要：紫外/氯联用作为一种高级氧化工艺,可利用其产生的多种活性物种去除微污染物和强化消毒效果。在此过程中,水体中存在的天然有机质(NOM)和溴离子会导致氯代和溴代消毒副产物的生成,从而对生态安全和人类健康构成潜在风险。由于检测技术的限制,之前的研究大多只关注常规消毒副产物,针对紫外/氯联用工艺中NOM在分子层面的转化以及未知卤代副产物生成的研究非常缺乏。本研究采用傅里叶变换离子回旋共振质谱技术(FT-ICRMS),从分子层面解析溴离子对紫外/氯联用工艺中NOM转化以及卤代副产物生成的影响。研究发现,紫外/氯联用工艺中,溴离子转化生成次溴酸和含溴自由基(例如Br•、BrO•、和BrOH•−),使得NOM中更多的CHO化合物发生转化,特别是芳香性较高的物质,并生成主要为单宁酸类及富含羧基的脂环类CHO化合物。NOM经紫外/氯联用工艺处理后,共检出222个含溴化合物(CHOBr),与单独氯化处理后生成的CHOBr化合物相比具有明显更低的含碳数和芳香性指数。通过对其前体物的解析发现CHOBr化合物对应的前体物主要是NOM中O/C值较低或H/C值较高的物质,包括NOM中的木质素类似物、高度不饱和类和酚类化合物,而发生取代反应的前体物比发生加成反应的前体物的芳香值更低。单独氯化生成的大部分CHOBr化合物会在后氯化阶段被去除,但紫外/氯生成的大量CHOBr化合物在后氯化阶段依然存在。有溴离子存在时,紫外/氯联用工艺中识别出的CHOCl化合物数量远远低于无溴离子存在时的数量。在没有Br−参与的紫外/氯联用工艺中,识别出333个一氯化合物。当体系中加入Br−后,紫外/氯联用体系中只识别出33个一氯化合物。研究同时也检出了既含Cl又含Br的化合物。本研究从分子层面表征了紫外/氯联用工艺中新型含溴副产物的生成,并阐明了其前体物的转化机理。这些发现凸显了含溴副产物的重要性,并为该工艺在实际应用中需重视的问题提供了参考。

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2025年第01期

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有机微污染物对反硝化深度脱氮系统的影响研究

作者(Author)：刘淑怡, 王德朋, 黄开龙, 张徐祥

摘要：城市污水处理厂二级出水中硝酸盐与有机微污染物(OMPs)常常共存,OMPs对反硝化深度脱氮过程的影响尚不明确。为解析OMPs作用下反硝化脱氮过程响应规律,搭建了反硝化移动床生物膜反应器,并针对OMPs作用下的反硝化性能、OMPs去除效果、微生物胞外聚合物(EPS)响应和电子传递链关键酶活性等方面开展了研究。结果表明:OMPs明显降低反硝化脱氮性能,导致碳、氮去除率均出现波动,且降至70%以下;OMPs中炔雌醇(EE)、雌三醇(E3)、双氯芬酸(DCF)的去除率均在75%以上,而卡马西平(CBZ)去除率维持在20%~44%。在OMPs作用下,微生物首先利用部分EPS作为代谢的有机碳源,随后分泌更多EPS以抵御OMPs的胁迫。同时,电子传递链的关键酶活性受到抑制,使电子传递的有效性降低,进而导致反硝化性能变差。值得关注的是,高浓度的OMPs对系统反硝化效果、EPS含量、电子传递链关键酶活性的冲击更强烈,但微生物的代谢响应比低浓度组更快。该研究为尾水深度脱氮与OMPs的协同去除提供参考。

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2025年第01期

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过氧化物微调控铜铈双反应中心催化剂诱发氧活化驱动水净化

作者(Author)：方谦, 杨东旋, 孙英涛, 付紫薇, 吴沅忠, 曹文锐, 胡春, 吕来

摘要：水中难降解有机污染物结构稳定且具有生物毒性,严重威胁水生态安全和人类健康。传统水处理工艺往往需要依靠大量外部能源和氧化剂来实现污染物的降解,这成为水净化难点。本文提出通过一种表面电子非均匀分布的铜铈氧化物双反应中心(DualReactionCenters,DRCs)催化剂(CCO)与微量诱发剂作用驱动水中内源物质能量利用创新策略实现低能耗水净化。结构表征和密度泛函理论(DFT)计算证实,Cu—O—Ce键桥的形成诱发表面电子极化分布,从而提高了催化活性。在微量过一硫酸盐(PMS)调控下,在5min内CCO体系即可实现多种难降解有机污染物(如酸性橙7和环丙沙星等)100%去除,且在宽pH范围(3~11)及复杂阴离子共存条件下均表现出优异的适应性和稳定性。对于实际餐厨废水,CCO体系仍能在5min内实现快速净化。结果表明,微量PMS能够诱发水中惰性溶解氧(DO)在CCO表面富电子中心“1电子”定向微活化,驱动污染物在贫电子中心供电子裂解,有效提升体系中污染物能量的利用,避免了DO多电子还原过程中电子和能量的损耗,为开发低碳、高效的水处理技术提供了新思路。

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2025年第01期

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藻菌共生污水处理技术应用现状和技术挑战

作者(Author)：贺昭铭, 陈志鹏, 余圣, 邱爽, 葛士建

摘要：在国家“双碳”目标的背景下,藻菌共生系统(Microalgal-BacterialConsortium,MBC)作为一种新兴的污水处理技术,凭借其低碳资源回收与高附加值生物质生产的独特优势,逐渐成为污水处理领域的研究热点。MBC通过微藻和细菌之间的相互作用,共同作用于污水中的污染物,将其转化为可再生能源和有价值的生物质产品,实现了污水处理和资源回收的双重目标。这一过程符合绿色环保的发展理念,为可持续发展提供了可行的技术路径。尽管MBC技术在污水处理和资源回收方面表现出了显著优势,其实际应用仍面临一定的挑战。MBC的理化特性和生物活性受到多种因素的影响,尤其是污水水质的波动以及温度、光照强度、pH等环境因子的变化。这些因素可能导致MBC系统的处理性能出现不稳定,从而限制其在大规模应用中的推广效果和实际应用价值。因此,深入探讨和理解MBC系统中微生物之间的共生机制,以及外界环境对其系统性能的影响,是解决这一问题的关键。为了提高MBC系统的处理效率和稳定性,对比分析了MBC与原位MBC技术的基本原理、培养方法及其运行特点,探讨了微藻与细菌之间的相互作用模式,并分析了生态因子在系统运行中的影响机制。此外,总结了当前MBC系统常见的系统模式,讨论了不同模式的优缺点及其适用性。在工程应用方面,详细回顾了MBC污水处理技术的研究进展,结合全球范围内MBC技术的中试和工程规模应用实例,分析了实际运行中的分布特点和培养类型。通过对多个国家和地区的应用案例进行比较,揭示了MBC技术在实际运行中面临的技术瓶颈,并探讨了未来需要突破的关键技术问题。最后,展望了MBC技术未来的研究方向和应用前景,提出了进一步推动该技术规模化应用的必要性和可行性,并对MBC系统在可持续污水处理中的现状和未来潜力进行了全面分析,为MBC的实际应用提供理论依据。

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2025年第01期

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焦化废水处理及零排放技术研究进展

作者(Author)：褚华强, GLADYS Chimfwembe, 魏鹏元, 许杰, 税桂鸿, 马佳莹, 周雪飞, 张亚雷

摘要：焦化废水中存在多种难以降解的有机物质,包括酚类、多环芳烃(PAHs)以及含氮的杂环化合物(NHCs),这些物质对生态环境具有潜在的危害。传统的废水处理技术往往难以有效去除这些有毒有害的污染物。近年来,研究和开发焦化废水的高效处理方法已经引起了业界的高度重视和广泛关注。本文综述了焦化废水处理技术的研究进展,着重探讨了废水的来源、特征、预处理技术、生化处理及深度处理技术。预处理技术如化学沉淀和生物处理被广泛应用,以去除油脂、重金属等污染物。生化处理技术如A/O和A2/O工艺,虽然能有效去除COD和-N,但对难降解有机物的去除效果有限。深度处理技术如膜分离和臭氧催化氧化,能够进一步提高废水处理效率。新型抗污染膜材料的研发,有效延长了膜的使用寿命,降低了频繁清洗带来的成本增加与运行中断风险。此外,讨论了焦化废水零排放策略以及焦化废水处理技术降耗增效需求。零排放策略通过集成工艺实现废水的资源化利用和最小化环境影响。未来研究将聚焦于降低能耗、资源回收与再利用、工艺优化以实现焦化废水处理技术的绿色、低碳发展。

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2025年第01期

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市政饮用水品质提升关键问题与发展路径分析

作者(Author)：曾超, 张天阳, 何欢, 徐斌

摘要：饮用水安全保障是重要的民生工程,事关人民群众身体健康和社会稳定。随着我国社会经济的快速发展和生活水平的不断提高,居民对饮用水品质的要求也在不断上升。因此,进一步推动饮用水品质提升,建立高质量供水体系,已成为我国供水行业实现高质量发展的重要内容。从我国居民饮用水事业发展现状出发,系统分析了市政高品质饮用水建设发展趋势,以及水质保障技术、质量控制体系、综合管控平台和服务体系的现实需求。重点阐述了在提升饮用水品质过程中,需特别关注的水质潜在生物风险、新型化学风险、复杂感官性状问题以及全球气候变化等关键挑战。基于此,提出了以标准体系建设、基础设施升级改造和智慧赋能管理为核心的综合解决路径。通过构建覆盖“水源-水厂-管网-二次供水-龙头”的全流程水质保障体系,能够有效应对当前供水系统所面临的潜在水质风险,从而实现高品质饮用水的安全供给。

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2025年第01期

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城市供水系统效能评价指标体系的构建和应用

作者(Author)：丁纪梦, 刁蓉梅, 王如琦, 刘素芳, 段友丽, 朱慧峰, 楚文海

摘要：随着我国城市化进程的加快,城市供水系统效能的科学评估对于推动供水行业的高质量发展具有重要意义。同时,供水行业也面临着水资源短缺、水质标准提升、服务质量改进等众多挑战。为了全面评估城市供水系统的效能,亟须构建和完善可有效反映供水系统效能的指标体系。通过对我国近十年来供水系统绩效和效能评估体系的深入探讨,并结合我国供水行业发展现状,从运行效率、供给效果、安全管控、服务效能和综合效益5个维度,构建了一套城市供水系统效能评价指标体系。通过对各类指标进行系统分析和筛选,按照全面性、代表性和科学性等原则确定了该体系所包含的31个评价指标,并运用层次分析法对这些指标进行权重划分,确保评估结果的科学性和合理性。同时依据评估分数可划分为优秀、良好、合格、不合格4个等级。最后,开展了供水系统效能评估在典型企业的示范应用。选取了4家供水企业开展供水系统效能评估,对其实际数据进行了采集与分析,结果显示4家供水企业的评估等级分别为优秀、良好、优秀、良好。供水企业的效能评估结果总体和现场调研的专家反馈一致,验证了该评估方法具有较高的可行性,并能够真实反映供水企业的运营状况,同时暴露了各供水企业的短板问题。评估结果能够帮助供水企业了解自身不足,并采取相应的改进措施,从而提升综合效能水平。供水系统效能评估对于供水企业的提质增效具有一定的指导意义,有助于推动城市供水行业的高质量建设与可持续发展。通过科学的评估和改进措施,能够为城市供水行业的发展提供重要的参考和指导。

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