《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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《能源环境保护》水质安全与水资源循环利用技术 | 专题

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; 515IP
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基于合成电化学技术的水中污染物增值转化研究进展

作者(Author)：何宽畅, 冯诗洋, 杨文剑, 杨奎, 尹征, 何燕生, 马金星

摘要：合成电化学技术因其能够在外电场的驱动下将低价值反应物转化为高价值产物,提供了水中污染物高效转化的创新途径。同时,污染物氧化反应作为电解水析氧反应的替代,可以实现增值产物和氢气的同步回收,有望解决传统工艺中污染物降解过程能耗高等问题。首先详细阐述合成电化学技术的机制,随后以5-羟甲基糠醛、木质素、甘油、葡萄糖及其他具有代表性的污染物作为综述对象,分析并总结了该领域相关工作的研究现状。通过梳理催化剂表面结构的设计、反应体系条件的调控及污染物转化反应的活性和选择性之间的联系,揭示了催化剂与污染物转化之间的构-效关系,为开发高活性催化剂以促进污染物增值转化提供了理论支撑。此外,还对合成电化学技术和其他技术生成的产物进行了技术经济分析,并讨论了如何抑制可能存在的干扰目标污染物转化反应以及降低增值产物纯度的副反应,为支撑合成电化学技术的经济适用性提供了有力证据。最后,还探讨了该领域面临的挑战和未来的发展前景。

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能源环境保护

2025年第01期

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饮用水消毒研究进展:从氯消毒到新型技术的应用

作者(Author)：曾韵乔, 张天阳, 曾超, 徐斌, 何欢

摘要：饮用水消毒是保障水质安全和公众健康的重要手段,自氯、臭氧等化学消毒剂首次应用于饮用水消毒后,在应对介水疾病传播和识别消毒衍生风险的过程中,消毒技术也在不断更新与进步。综述了主流消毒技术的发展与应用概况,包括氯、臭氧、紫外消毒技术的发展历程、应用比例与利弊分析;并详细讨论了当下消毒技术的最新研究进展,包括对传统消毒过程的再认识与创新利用和基于传统氧化剂、新型紫外光源、新型(纳米)材料、生物自身或代谢产物及其组合形式的多种新型消毒技术,如折点氯消毒技术、臭氧微纳米气泡消毒技术、基于新型(复合)波长或发光方式的紫外消毒技术、纳米线改性电极消毒技术、抗菌水凝胶消毒技术、基于噬菌体的消毒技术等。这些技术通过自由基氧化、光化学破坏、物理作用及生物机制等多种反应机制耦合互补,实现微生物高效灭活与消毒副产物等衍生风险的有效控制。为满足日益严格的水质安全标准,未来将聚焦于“理想”消毒技术的开发、新型材料/装备的创新利用、因地制宜的消毒方法选择,推动饮用水消毒技术向高效、环保、低成本的方向发展,进一步提升饮用水的质量和安全。

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能源环境保护

2025年第01期

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抗抑郁药物水体污染及其处理技术研究进展

作者(Author)：李献众, 赵文雅, 于鑫

摘要：随着药物和个人护理用品(PPCPs)广泛使用,其对水体生态系统和人类健康的潜在威胁日益显著,抗抑郁药物因其高检测频率和持久性成为研究的热点之一。近年来,针对水体中抗抑郁药物污染的控制和去除,国内外学者提出了多种处理技术。系统综述了抗抑郁药物在环境水体中的迁移转化规律及其生态毒性,重点分析了常规水处理工艺的不足与高级氧化技术(AOPs)的最新研究进展,特别是UV/氯联合高级氧化工艺的应用潜力。综述发现,抗抑郁药物在自然环境中的降解效率较低,通过吸附、生物降解或光降解等途径仅部分去除,而传统水处理技术如活性污泥法和臭氧氧化存在去除率低、副产物生成等问题。高级氧化技术通过产生高活性羟基自由基(·OH)和氯基自由基(·Cl)实现高效降解,显示出显著优势。其中,UV/氯工艺凭借高效性和经济性,成为近年来研究的热点。研究表明,该工艺对典型抗抑郁药物的去除率可达95%以上,并能有效减少二次污染,但其在复杂水质条件下的适应性仍需进一步研究。梳理了UV/氯工艺的反应机理、自由基生成规律及主要影响因素,归纳了现有研究的技术瓶颈和改进方向,并提出了通过优化工艺参数、联合生物处理及拓展实际应用场景的建议,为饮用水处理和污水处理新型污染物控制提供科学参考。

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能源环境保护

2025年第01期

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水消毒过程中微塑料理化性质演变的研究进展

作者(Author)：张硕, 张显, 刘航, 田晨浩, 王淼, 史国旗, 刘超

摘要：水环境中的微塑料污染问题已引起了广泛关注。除了自身的毒性和生态风险,微塑料还可以作为多种污染物的载体。在水消毒过程中,消毒剂的作用会导致微塑料的理化性质改变,并释放添加剂等有毒物质。此外,微塑料理化性质的变化也会影响其对有机污染物的吸附,进而影响有机污染物的归趋转化。综述了微塑料在典型水消毒(如氯、臭氧和紫外消毒)过程中表面官能团、亲疏水性、形貌、粒径等性质的变化,并探讨了消毒后微塑料吸附有机污染物的演变机制。臭氧消毒增加了微塑料的含氧官能团,从而减弱了其表面疏水性。相反,氯化消毒增加了含氯官能团,增强了微塑料的疏水性。消毒过程可以增加微塑料的表面粗糙度,并提高其与有机污染物的作用位点。微塑料对有机污染物的吸附机制包括疏水作用、氢键作用、静电引力和π—π键堆积等。在此基础上,对未来的研究方向进行了展望。

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能源环境保护

2025年第01期

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多羟基亚铁耦合臭氧同步去除重金属和有机物——以Cu(Ⅱ)-EDTA去除为例

作者(Author)：邰伟, 叶国杰, 何群彪, 吴德礼

摘要：重金属-有机络合物废水因其难以被生物降解,是工业废水治理的重要难题之一。首次提出采用还原和络合能力更强的多羟基结构态亚铁(FHC)还原破络Cu(Ⅱ)-EDTA以去除铜。利用原位生成的CuFe2O4、Cu2O等活性金属催化臭氧(O3)生成·OH,促进有机配体的完全矿化,最终实现重金属和有机配体的同步去除。在优化条件下,当FHC的[Fe2+]∶[OH−]配比为1∶3,投加量为2mmol/L,O3剂量为10mg/min时,可在60min内将0.2mmol/LCu(Ⅱ)-EDTA中的铜和有机配体完全去除,且无残留铁存在。当[FHC(1∶3)]∶[Cu(Ⅱ)-EDTA]高于5∶1时,可确保铜被完全破络去除,并且通过提高FHC中[OH−]的比例,而非增加FHC投加量,可以提高Cu(Ⅱ)-EDTA破络去除的经济性。研究表明,该工艺不受、、等常见阴离子的影响,具备良好的抗环境干扰能力。破络后原位生成的CuFe2O4、Cu2O以及臭氧催化氧化后形成的Fe3O4均具有磁性,具备磁力分离的潜力。电子自旋共振(EPR)结果证实了原位生成产物可催化O3产生·OH、和。淬灭实验结果显示,加入叔丁醇(TBA)后EDTA的去除率从100.0%降至57.7%,间接证明·OH参与了EDTA的降解。基于LC-MS的分析结果证明,FHC还原破络Cu(Ⅱ)-EDTA形成乙二胺四乙酸铁(Fe-EDTA),通入O3后,Fe-EDTA中的N—C键被·OH和O3破坏,连续脱羧形成三乙酸乙二胺铁(Fe-ED3A)、二乙酸乙二胺铁(Fe-ED2A)、甘氨酸、次氮基三乙酸铁(Fe-NTA)和次氮基三乙酸(NTA)等中间产物,或进一步通过乙酸基团取代形成亚胺二乙酸铁(Fe-IMDA)和亚胺二乙酸(IMDA),并最终矿化为CO2和H2O。该技术对于重金属-有机络合物废水治理具有借鉴参考意义。

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能源环境保护

2025年第01期

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半导体芯片废水高标准处理工艺碳排放与效能特征

作者(Author)：梁杏媚, 刘可, 蔡振山, 黄重庆, 吴乾元, 王文龙

摘要：为推动废水处理行业的绿色低碳转型,精确核算废水处理工艺的碳排放至关重要,其中电力消耗是主要的碳排放源。采用国际气候变化专门委员会推荐的排放因子法,对典型芯片废水处理工艺的碳排放进行了核算,并探讨了不同处理阶段的碳排放组成及其决定因素。结果表明,芯片废水处理工艺的碳排放量普遍高于城镇废水处理工艺。7种典型芯片废水处理工艺A~G的碳排放强度分别为2.20、2.32、2.85、2.58、2.72、3.69、2.39kgCO2e/m3。其中,在碳排放强度差异较小的情况下,G工艺的碳排放量最低,仅为1.2×104kgCO2e/d,直接甲烷、氧化亚氮、间接电耗和药耗排放量分别为3309.3、2893.8、3733.4和2520.7kgCO2e/d,间接电耗占比最高,达30%。相比之下,G工艺平均减排10%,最高达35%。以广东省某电子工业企业5200m3/d芯片废水处理工程为例,G工艺旨在有效应对氟化物及有机碳/氮处理挑战及碳排放控制问题,确保出水水质符合《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类标准。此外,A、G工艺单位用地碳排放强度分别为0.71kgCO2e/m2、1.93kgCO2e/m2,G工艺土地利用率和污水处理效率高。通过深入探究与分析后得出的结果,应用新的能源利用模式和工艺优化方法,在处理芯片废水的过程中,能够显著减少能源消耗,从而降低碳排放,有助于推动该行业朝着更加绿色、可持续的方向发展。

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2025年第01期

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聚苯乙烯微(纳)塑料对抗生素抗性基因转移的影响及其机制

作者(Author)：唐振平, 龚子璇, 刘博阳, 宋建, 周帅

摘要：细菌抗生素抗性基因(ARGs)与微/纳米塑料(MPs/NPs)作为新兴污染物,其复合污染逐渐成为环境领域研究的前沿热点。MPs/NPs被认为是ARGs在环境介质中增殖与传播的关键影响因素之一,但其对ARGs水平转移(尤其是转化)的影响机制研究仍较为有限。本研究通过构建耐药质粒pUC19转化体系,揭示不同浓度和尺寸聚苯乙烯(PS)MPs/NPs胁迫下大肠杆菌(E.coli)中ARGs的水平转移规律。结果表明,5mg/L100μm、50mg/L100μm、5mg/L100nm和50mg/L100nmPS暴露后,大肠杆菌的生长抑制率分别达到15.13%、18.59%、26.97%和35.84%(p<0.01),说明PS对大肠杆菌生长抑制作用与浓度成正比,与尺寸成反比。此外,PSMPs(浓度≤5mg/L)和PSNPs(浓度≤50mg/L)冲击会显著促进ARGs的转化过程,且具有浓度依赖性。在同种浓度下,ARGs转化频率随着PS冲击尺寸的增大而减小。其中,100nmPS(50mg/L)对ARGs转化频率的影响最大(增加79.34%)。然而,经过1mmPS(50mg/L)冲击后,ARGs转化频率降低了21.80%,说明高浓度1mmPS冲击抑制了ARGs的转化过程。此外,通过活/死细胞检测分析发现,大肠杆菌细胞膜通透性随着PS浓度的增加持续显著增加(较对照组增加了56.66%~69.47%)。在同浓度条件下,PS尺寸越小细胞膜通透性越高。与PSMPs相似,PSNPs使细胞膜通透性增加了41.99%~46.62%。这说明高浓度PSNPs冲击会通过增强E.coli细胞膜通透性促进ARGs的转化。研究结果阐明了MPs/NPs对ARGs转化的影响机制,为处理ARGs和MPs/NPs复合污染高效控制策略提供了理论依据和技术指导。

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2025年第01期

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耦合流化床和电容去离子实现污水处理高效达标与低碳化运行

作者(Author)：罗定坤, 仝培培, 李志华, 任天龙, 杨成建, 王晓昌

摘要：目前,污水厂多采用生物处理工艺降解去除污染物,降解过程既消耗能源又不利于资源回收,并产生温室气体。为此,本研究开发了一种全物化的造粒流化床-流动电极电容去离子(FPB-FCDI)耦合工艺。该工艺将污染物从污水中分离而不是将其降解,不仅可以获得良好的出水水质,降低污水处理过程中的碳排放量,还可以将分离后的高浓度污染物用于碳氮资源回收。实验结果表明,FPB系统中化学需氧量(COD)和总磷(TP)的去除率分别达到了70.71%和84.64%,FCDI系统中氨氮(-N)去除率高达98.50%。FPB-FCDI耦合工艺系统出水的COD、TP、-N浓度分别为(13.43±1.24)(0.16±0.03)(0.29±0.08)mg/L,达到地表Ⅳ类水质标准。此外,由于FPB系统去除了大部分粒径在0.45~6.00μm的非溶解态或胶体态COD,降低了此类COD对后续FCDI系统的潜在影响,从而使FCDI系统的脱氮电流效率从15.33%升至17.33%,比能耗从11.65(kW·h)/kg降低至10.31(kW·h)/kg,充分发挥出FPB-FCDI耦合工艺的协同作用。同时,FPB-FCDI耦合工艺能够减少温室气体产生,回收潜在资源,使处理过程低碳化,工艺运行过程中产生的能耗折算碳排放量为0.42kgCO2/m3,是传统生物处理过程的53.83%,若利用厌氧消化回收FPB系统分离碳源产生的电能,还可以进一步减少0.19kgCO2/m3碳排放量。FPB-FCDI耦合工艺的运行成本为0.42元/m3,仅为传统生活污水处理工艺运行成本的1/4~1/2。本研究探索了一种低碳、高效的污水处理新技术,该技术将为下一代绿色、低碳污水处理工艺的开发提供一种新思路。

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能源环境保护

2025年第01期

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