“低碳水处理与资源化技术”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“低碳水处理与资源化技术”专题

来源：能源环境保护

水是生命之源，水资源是人类赖以生存和发展的物质基础。随着社会的发展，水污染问题日益突出，水资源的供需矛盾日益加剧。如何去除水中的污染物、高效利用水资源，一直是人们关注的焦点。在“碳达峰、碳中和”背景下，低能耗水处理技术、水处理过程中能源回收及资源化利用等成为了当前水处理领域的研究热点。通过低能耗水处理技术，不仅能够有效减少水中污染物，降低水处理过程中的能耗，还可以实现废水资源化利用。

为突出学术期刊导向作用，加强学术交流与合作，推动能源环境学科的长足发展，编辑部特邀中国科学技术大学俞汉青教授、同济大学张亚雷教授担任专题主编，拟于2024年上半年出版“低碳水处理与资源化技术”专题。本次专题将重点介绍原创性科研成果，以期为我国低能耗水处理及资源化利用技术等新理论、新技术提供优质的展示与交流平台。

行业视野: 环境保护
类别; 96个
关键词; 94位
专家; 20篇
论文; 1695IP
点击量; 117次
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双极膜/疏水透气膜-电化学体系高效去除废水中氨氮的研究

作者(Author)：严樟, 旷文杰, 蒋柱武, 冯春华

摘要：氨氮作为地表水和地下水中的主要污染物之一,其形态受水体 pH 影响。针对废水中氨氮处理过程的 pH 依赖性问题,利用双极膜在电化学反应过程中 H+ / OH-稳定生成的特性,构建了双极膜/ 疏水透气膜-电化学(BPM/ GPM-EC)体系。该体系通过电化学分离(回收)和氧化(降解)两种工艺的结合,实现了高效的氨氮去除效率。当初始氨氮浓度为 4 000 mg·L-1时,在电流密度 10 mA·cm-2条件下,BPM/ GPM-EC 间歇式(以回收为目的)运行 5 h 后,废水中氨氮去除率达到 99.3%,回收率为 92.3%,比能耗为 18.2 kW·h·kg-1 N。而 BPM/ GPM-EC 采用连续式(氨氮回收/ 氧化协同进行)运行处理含 4 000 mg·L-1氨氮的模拟废水,在 0.28 mL·min-1流速条件下,可实现 76.2%的氨氮回收率及废水中氨氮的全部去除,比能耗仅为 14.9 kW·h·kg-1 N。研究结果表明,BPM/ GPM-EC 体系通过集成氨氮的分离与氧化,实现了废水中氨氮的低耗高效处理,为含氨废水的治理探索出了一条新途径。

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能源环境保护

2024年第01期

59

2
铁⁃钙⁃炭强化污泥深度脱水及污泥基生物炭制备

作者(Author)：矫洪铭, 付亮, 周盈盈, 王叙溶, 张蕾蕾, 高永琳, 周丹丹

摘要：污泥脱水是污泥处置及资源化的重要前提。在实际工程中,常规使用 FeCl3作为污泥调理剂时,对于某些剩余污泥的强化脱水效果较差,无法满足后续处置的含水率要求。本研究以脱水困难的剩余污泥为研究对象,探究了 FeCl3、CaO 和生物炭协同强化污泥深度脱水效果及其资源化利用途径。研究发现,在 FeCl3调理污泥脱水的最佳条件下,引入 CaO 和生物炭可以进一步提高脱水效果。对于脱水困难的剩余污泥(单独 FeCl3调理,最佳脱水情况下泥饼含水率仍有 60%~70%),当 FeCl3投加剂量为 9%、CaO 投加剂量为 2%、稻壳生物炭投加剂量为 2%,压滤时间为7 min 时,机械脱水后泥饼含水率可降低至 44.08%,满足后续处置的含水率要求,并且滤液 pH 接近中性,不会增加滤液处理负担。脱水后的泥饼中含有 Fe、Ca 元素,在 400 ℃条件下制备高性能污泥基生物炭,具有较高的比表面积和孔容,表面富含含氧官能团,可以高效去除水中 Cr6+,吸附量为26.51 mg / g。本研究建立了铁-钙-炭协同强化污泥深度脱水及其制备高性能污泥基生物炭的技术策略,为难脱水剩余污泥的处理和资源化利用提供了科学依据和技术参考。

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能源环境保护

2024年第01期

58

1
草酸与铬酸根形成配位络合物强化可见光还原六价铬的机理研究

作者(Author)：关盈盈, 王浩, 葛小明, 邓力恺, 邓斌, 穆毅, 邹建平

摘要：草酸是自然水体中广泛存在的一种小分子羧酸,主要来源于植物的根系分泌和有机质的分解,对自然水体中 Cr(Ⅵ)的还原有重要的影响。本研究通过等温滴定量热法(ITC)、电喷雾高分辨质谱(ESI-HRMS)分析发现,当 pH≤4,草酸根和铬酸根分别以 HC2O-4 和 HCrO-4 的形式存在时,可以通过脱水缩合的方式形成具有可见光活性的草酸-铬酸配位络合物(HC2CrO-7 )。在可见光的照射下,HC2CrO-7络合物草酸氧原子上的电子可以通过 HOMO-LUMO 跃迁的形式向铬酸根转移,实现 Cr(Ⅵ)的还原。借助电喷雾高分辨质谱检测了 Cr(Ⅵ)还原过程中的中间产物,确定Cr(Ⅵ)最终还原产物为低毒的 Cr(Ⅲ)-草酸络合物([Cr3+ -(C2O2-4 ) 3] 3-)。根据检测到的反应产物,绘制了草酸可见光还原 Cr(Ⅵ)的反应路径。本研究将为利用草酸高效光还原 Cr(Ⅵ) 技术提供理论依据。

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能源环境保护

2024年第01期

219

5
水热炭与共基质对苯酚厌氧降解的影响

作者(Author)：邵钱祺, 罗涛, 张士成, 罗刚

摘要：厌氧消化(Anaerobic Digestion, AD)是一种可持续的生物技术,目前已应用于有机废物的处理。难降解的酚类化合物是厌氧消化过程中存在的主要毒性物质之一。本研究探究了水热炭与共基质(葡萄糖)同时添加对苯酚厌氧降解的影响。结果表明,水热炭和共基质的添加缩短了苯酚厌氧消化的延滞期,使其从对照组的 77.5 d 缩短到了 24.6~59.3 d。同时添加水热炭和共基质时,最高产甲烷速率 Rm从 3.53 mL/ d 提高到了 4.86 ~ 6.80 mL/ d,当只添加共基质且共基质浓度过高时,Rm下降。最适的葡萄糖共基质添加浓度为 1.0 ~ 2.0 g / L,高浓度葡萄糖环境可能富集了其它竞争性微生物,使得苯甲酸降解菌和耗乙酸产甲烷菌受到一定抑制。水热炭也有利于富集苯甲酸降解菌,但葡萄糖共基质浓度对群落组成的影响在水热炭存在下会被减弱。本研究利用水热炭和共基质强化苯酚厌氧降解,为苯酚厌氧消化效能提升提供了新思路。

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能源环境保护

2024年第01期

70

2
铁基催化剂强化臭氧氧化深度处理印染废水的中试研究

作者(Author)：樊金红, 阳钰玮, 马鲁铭

摘要：针对广西玉林某工业园区污水处理厂二级工艺处理后的印染废水,利用铁刨花原位改性制备的铁基催化剂进行催化臭氧氧化中试,考察催化臭氧氧化技术对印染废水 COD 和色度的处理效果。实验结果表明:在本研究所使用的催化臭氧氧化反应器和反应条件下,进水 COD 在 40~60 mg·L-1范围,色度在 80~120 度范围,pH 在 6 ~ 9 的印染废水,经过该工艺的处理可使出水水质稳定达到《纺织染整行业回用水水质》 ( FZ/ T 01107—2011) 标准。当进水 COD 维持在40 mg·L-1以下时,出水 COD 可降至 30 mg·L-1甚至 20 mg·L-1以下,出水水质满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅳ类水标准。水力停留时间对处理效果的影响呈正态分布,建议值为 60 min。铁基催化剂的活性组分和“微通道”结构,有利于臭氧与催化组分的结合以及羟基自由基的释放与作用,从而提高了臭氧利用率,使 O3 / ΔCOD 的值基本控制在 2 以下。

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能源环境保护

2024年第01期

62

3
Mn/炭黑-泡沫镍电极电化学降解诺氟沙星

作者(Author)：李阳, 陈琳, 黄心睿, 文志潘, 明银安, 王营茹

摘要：电化学法降解水中有机污染物具有低碳、高效等特点。本文采用共沉淀法制备 Mn / 炭黑-泡沫镍电极,通过场发射扫描电镜(FESEM)、X 射线光电子能谱(XPS)对电极进行了表征,考察了外加电压、极板间距、电解质浓度和诺氟沙星初始浓度对其降解效果的影响。结果表明,Mn /炭黑-泡沫镍电极可促进·OH 的产生,强化电芬顿效果。钛钌-Mn / 炭黑-泡沫镍电极在外加电压 6 V,极板间距 15 mm,电解质浓度 20 mmol/ L,诺氟沙星初始浓度 10 mg / L 条件下,诺氟沙星去除率可达 83.9%,TOC 去除率 69.2%,能耗为 9.6 kW·h / m3。对比钛钌-泡沫镍电极,在相同条件下,Mn / 炭黑-泡沫镍电极的诺氟沙星去除率提高了 15.8%,能耗降低了 0.6 kW·h / m3,并且电流效率提高,反应速率明显加快,表明该电极对抗生素类污染物降解具有较好的催化作用。

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能源环境保护

2024年第01期

67

8
初沉出水与消化液优化配比培养小球藻的研究

作者(Author)：孙慧娣, 杨廷浩, 韩习习, 刘长青, 赵方超

摘要：本研究旨在基于前期筛选和驯化获取抗污能力较强的蛋白核小球藻,将其接种到市政污水处理厂的初沉池出水与污泥消化液不同比例(1 ∶ 0、3 ∶ 1、1 ∶ 1、1 ∶ 3 和 0 ∶ 1)混合的污水中,研究污水中小球藻生长速率、油脂产率以及污染物去除率。结果表明,在比例为 3 ∶ 1 的污水中培养小球藻可以获得最高的藻浓度(0.704 g / L)。利用比例为 1 ∶ 1 的污水培养小球藻,可以获得最佳的总体产油效果,产油率达到 36.29%。小球藻对 5 种比例污水的 NH+4 -N、TN 和 PO3-4 -P均表现出较好的去除效果,但对化学需氧量(COD)的去除效果不佳,且在培养过程中 NO-3 -N 浓度一直处于较低水平。小球藻对比例为 1 ∶ 0、3 ∶ 1 和 1 ∶ 1 污水中的 TP 有较好的去除效果,而对比例为 1 ∶ 3 和 0 ∶ 1 污水中的 TP 去除效果不佳。综合考虑,初沉池出水与污泥消化液比例为3 ∶ 1 时培养小球藻是较为合适的选择。

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能源环境保护

2024年第01期

77

3
PHBV/火山岩/黄铁矿协同强化处理养殖尾水效果分析

作者(Author)：张海耿, 王芳颖, 曹鑫圆, 孙雅婷, 许中硕, 张宇雷

摘要：针对水产养殖尾水低碳氮比导致脱氮除磷效率不高的问题,研制了基于 3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯共聚物(PHBV) / 火山岩/ 黄铁矿协同耦合的生物过滤装置,并对其处理养殖尾水的效果进行了分析。设计了 2 组不同滤料填充量的过滤装置,柱 1 装置从上至下依次填充黄铁矿 15 cm、混合滤料 15 cm 和火山岩 5 cm,柱 2 装置填充黄铁矿 10 cm、混合滤料 15 cm 和火山岩10 cm,分析了不同填料质量比对脱氮除磷效率的影响。结果表明,柱 2 装置对硝酸盐氮的平均去除率达到了 97.8%,显著高于柱 1 装置(p

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2024年第01期

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