水处理技术杂志

水处理技术杂志2025年第12期

• 紫外–过氧有机酸技术灭活水中致病性微生物的研究进展

  李微1, 徐子婷1,2, 董紫君2*, 王锋2, 方晶云3, 孙世昌4

  紫外-过氧有机酸（UV-POA）作为新兴水处理技术,通过光化学与自由基氧化协同作用,处理效率较单独紫外消毒技术或过氧有机酸技术提升 2 倍以上。本文系统阐述了过氧有机酸在水处理中通过氧化致病微生物细胞膜及核酸等方式从而使其灭活的反应特性,分析了UV-POA技术的以紫外直接破坏核酸结合羟基自由基起主要氧化贡献作用的多活性物种消毒机制与灭活原理,且对高有机物、高浊度等复杂水质适应性更强。与氯消毒技术相比,其副产物主要为低毒性羧酸,无致突变性含氯副产物生成,显著降低健康风险。总结对比了UV/POA技术与氯消毒技术在灭活水中微生物污染物方向的差异性,提出了UV/POA技术在高效广谱、环境友好及抗干扰性等方面的优势与应用前景,为我国对UV/POA消毒机制的系统性分析提供理论支持,并为UV/POA技术在水安全领域的理论创新与工程实践提供参考。

• 人工神经网络在厌氧消化产气建模与优化中的应用研究进展

  孙瑞林1, 王哲2*, 翟承晖2

  厌氧消化（AD）是一种重要的有机废弃物处理与可再生能源回收技术,但在实际应用中常出现产气效率低和过程不稳定等问题,因此对其进行建模与优化显得尤为关键。近年来,机器学习方法,特别是人工神经网络（ANN）在AD过程的建模与参数优化中展现出显著优势。在对ANN模型按结构功能进行分类的基础上,系统梳理了其在产气量预测、多目标优化及过程监测等方面的应用进展,重点评估了混合优化神经网络模型的应用效果。研究发现,ANN及其扩展混合优化模型的预测精度（<em>R</em>²）普遍超过0.97,但仍存在对高质量监测数据依赖性大、计算资源消耗高以及可解释性不足等局限。未来应加强实时监测技术与智能建模方法的协同发展,推动模型的工业化应用,为AD系统的高效稳定运行提供有力支撑。

• 过硫酸盐类芬顿体系中活性氧物种定量检测研究进展

  王馨1,2, 马建青2*, 张会宁2, 靳慧霞2, 张科锋2

  高级氧化技术,特别是过硫酸盐类芬顿反应,因其较宽的pH适应性和较强的抗杂质干扰能力而受到越来越多的关注。活性氧物种的定量检测对于揭示其反应机理和优化工艺至关重要,但目前广泛使用的技术仍存在一定的局限性和争议。该综述系统地总结了过硫酸盐体系中活性氧物种的定量检测方法,包括化学探针反应动力学法、电子顺磁共振、化学发光法、电化学法等,分析了各自的原理、优势和局限性,为技术选择提供了多角度的视野。未来研究将致力于开发高特异性的探针和简化仪器操作方法,以降低成本并提高准确性。同时,实时和原位检测技术的应用探索,也将以进一步推动高级氧化技术在废水处理中的有效应用。

• 气隙式膜蒸馏数值模拟研究进展

  杜永亮1, 谢诗蓓2, 苑宏英1,3*, 毕豪杰1, 徐志远1, 李梦凯4

  膜蒸馏技术常用于海水淡化领域,其中气隙式膜蒸馏（AGMD）因其具有高热效率的特点受到研究人员的关注。在“双碳”目标背景下,AGMD的高效节能优势更为显著。在AGMD技术研究中,数值模拟常用于解析膜蒸馏传质传热过程原理和强化膜组件性能。本文从膜组件结构、传质传热模型、数值模拟方法和应用等方面对AGMD数值模拟相关的研究进行了回顾。重点介绍了数值模拟技术在极化现象解析、工艺参数优化和膜组件结构优化方面的研究进展。

• 微波活化过硫酸盐对水中PPCPs的降解研究进展

  潘洁仪, 林亲铁*, 刘煜欣, 赵梓锐, 魏龙毅, 黄健文

  药品和个人用品（PPCPs）是近年来受到广泛关注的一类新污染物,在污水处理厂进出水和污泥中被检出浓度较高,对环境和人体健康存在较大威胁。传统的水处理工艺难以将其有效去除,微波活化过硫酸盐技术是近年来兴起的一类高效水处理技术。本文对单一微波、微波强化碳基材料、微波强化金属基材料和微波强化复合材料等活化过硫酸盐降解PPCPs的反应机理与应用进展进行了综述,详细介绍了不同活化材料的优缺点,对微波活化过硫酸盐技术的发展方向提出了展望,为微波活化过硫酸盐技术在PPCPs降解方面的应用提供参考。

• 人工湿地耦合微生物燃料电池技术（CW-MFC）处理废水研究进展

  韦苇1, 韩彩芸1, 卢远达1, 林伟强1, 梁丽营1, 牟春霞1,2*

  人工湿地微生物燃料电池技术（CW-MFC）是一种人工湿地（CW）与微生物燃料电池技术（MFC）耦合而成的新型水处理技术,利用微生物分解废水中有机质产生电能,在产电的同时能够提升CW的水处理成效,且成本低、无二次污染,具有广阔的应用前景和重要的研究价值。本文介绍了CW-MFC工艺,并综述了CW-MFC技术处理重金属废水、有机废水、含盐废水和含酚废水的研究现状,并对其未来发展方向予以展望,以期为该项技术在处理各类废水的发展和应用中提供参考依据。

• 电解pH强化发酵市政污泥上清液回收蓝铁矿

  陈腾殊1,2, 于万军1,2, 宋星甫3

  废弃活性污泥（WAS）是一种价值很高的废弃物,富含大量的磷（P）,可以作为P的二级资源池。如何在WAS中有效利用P一直是一个热门话题。蓝铁矿作为新兴P回收方法的宠儿,具有巨大的经济和社会效益。本研究通过pH增强P从WAS释放到上清液中,研究了液相中P组分的变化,并进一步研究了固体P组分的组成,讨论了固体P对释放的贡献。最后,对上清液进行电解重结晶,测定产物为蓝铁矿。获得磷回收率约97%且蓝铁矿回收率约为77.33%。

• 预氧化改性零价铁的去钝化过程与应用研究

  宋卢迪1,2,3, 吴超2, 潘易宇2, 张艳平2, 吴雅琴2,3, 祝海涛2,3*, 张林1

  本研究采用过二硫酸盐（PDS）预氧化球磨的方式改性微米零价铁（mZVI）,对得到的预氧化零价铁（poZVI^bm）开展研究。理化表征显示,PDS预氧化球磨的改性方法保留了mZVI内部的α-Fe晶体结构,同时在材料表面原位生成了丰富的Fe（II）物种。在表面Fe（II）物种的作用下,poZVI^bm能够自驱动地实现去钝化过程,在和水接触的2 h内,poZVI^bm中的Fe（0）核含量由59.5%迅速消耗至9.3%,并转化为Fe（II）,使水溶液体相pH持续降低。分子动力学模拟的结果表明,poZVI^bm的表面基团因具有较低的酸度常数（pK_as=3.16）进而能形成局部的酸性微环境,是poZVI^bm自驱去钝化的机制。poZVI^bm在实际纺织印染废水处理的过程中取得了良好的效果,经处理后BOD₅/COD_Cr值从0.047提升至0.305,是一种有应用潜力的水处理功能药剂。

• SPDA@MIL-101改性聚醚砜超滤膜的制备及膜污染缓解研究

  郝秀娟1, 李玉坤1, 姚萌2*, 居正2, 胡昱恺1

  针对高藻水处理中超滤膜易受胞外有机物污染的问题,制备了一种新型的磺化聚多巴胺（SPDA）功能化的金属有机框架（SPDA@MIL-101）,并通过共混改性法将SPDA@MIL-101纳米复合材料引入聚醚砜膜基质中。通过SEM,AFM,接触角,Zeta电位,孔隙率等测试方法对改性膜进行表征分析。在0.1wt%的SPDA@MIL-101添加量下,改性膜综合性能最好,改性膜的纯水通量可达540 L/（m²·h）,UV₂₅₄截留率为30%,且在三个污染循环过滤周期后,通量恢复率（FRR）提高至89%,不可逆污染比率降低至11%。相较于未改性膜,纯水通量提高了1.88倍,UV₂₅₄截留率提高了16%,通量恢复率提高了17%,为超滤膜在高藻水的广泛应用中提供了坚实的基础。

• MoS2协同FeMoO4高效活化过一硫酸盐降解四环素研究

  白亦微1, 何争光1*, 范相阁2, 贾宇鑫1, 梁柯1

  采用两步水热法制备了FeMoO₄@MoS₂复合材料,研究了其活化过一硫酸盐（PMS）降解四环素的性能。X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量-色散光谱（EDS）、透射电子显微镜（TEM）等表征显示,复合材料由片层状MoS₂包覆在微球状FeMoO₄表面上组成,且Fe、Mo、S、O四种元素分布均匀。探究了不同四环素初始浓度、催化剂投加量、初始pH、PMS浓度对四环素降解效能的影响,在TC初始浓度为20 mg/L,催化剂投加量为0.20 g/L,PMS浓度为0.6 mmol/L,pH=6.46时,四环素的降解率可高达96.8%。自由基捕获实验揭示该反应体系中主要活性物质为¹O₂和·O₂^-,同时还存在SO₄^·-和·OH。研究成果表明,助催化剂MoS₂的负载可有效提高FeMoO₄的催化性能,为PPCPs的降解提供了新的技术途径。

• 生物炭负载铁锰氧化物对水中As（Ⅲ）的吸附去除研究

  邓颖, 邓焯尹, 王思怡, 邱静, 胡瑞月, 国静*

  研究优化合成工艺的生物炭负载铁锰氧化物（FMBC）和掺杂镧的生物炭负载铁锰氧化物（FMLa@BC）对As（Ⅲ）吸附性能探究。采用浸渍法和共沉淀法分别合成新型环境功能材料FMBC和FMLa@BC,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）和傅立叶红外光谱分析仪（FTIR）等表征手段,鉴定材料的结构和形貌。探究pH、共存离子对两种材料吸附效果和潜在的吸附机制,并拟合吸附动力学和吸附等温模型。FMBC和FMLa@BC吸附行为均符合准二级动力学和Langmuir 等温吸附模型,为单分子层化学吸附,且在中性条件下饱和吸附容量分别为62.95、61 mg/g,实验共存离子对FMBC和FMLa@BC的吸附影响微乎其微,理想的吸附pH范围为3~9。相较于合成工艺未优化的FMBC,FMLa@BC由于掺杂稀土元素,增加了表面羟基的络合配位作用,增加了对As（Ⅲ）的吸附位点。优化合成工艺的生物炭负载铁锰氧化物（FMBC）和掺杂镧的生物炭负载铁锰氧化物（FMLa@BC）均是性能较优异的砷污染水处理吸附材料。

• 天然含铁矿物催化UV-Fenton处理酸性橙7模拟废水

  彭慧玲1, 赖发英1, 王国锋2, 熊家平1,2, 赖荣圣1, 何晋保1*

  分别以天然的黄铁矿、磁铁矿、钛铁矿、钒钛磁铁矿、镁铁矿和铁电气石为催化剂,研究了含铁矿物UV-Fenton体系处理偶氮染料酸性橙7（AO7）的效能和机理。结果表明：引入UV后6种矿物催化Fenton体系处理酸性橙7的效果均显著提高,磁铁矿和镁铁矿的最佳TOC去除率分别可达58.06%、56.64%,且各矿物体系处理效果与溶出总铁离子含量具有明显相关性。通过与等量溶出铁离子的均相UV-Fenton对比,发现含铁矿物催化UV-Fenton体系的氧化处理效果主要来自于溶出铁离子的均相UV-Fenton氧化作用,而来自于矿物表面催化UV-Fenton氧化作用的贡献不明显。此外UV直接光解和光助H₂O₂分解氧化的作用较弱,而黄铁矿、磁铁矿和镁铁矿在重复利用1或2次后的光催化氧化具有一定的贡献作用。同时,黄铁矿、铁电气石、钒钛磁铁矿的表面溶解过程对体系的处理效果影响明显。磁铁矿和镁铁矿表现出了稳定的高效催化性能、较低的铁溶出性能和一定的光催化氧化作用,且方便磁性回收,具有作为理想的异相UV-Fenton催化剂的潜力。

• EDTA强化Fe2+/PMS体系降解四环素性能研究

  杨辉, 曹赫阳*, 王建华, 王诗宇

  为了进一步提高Fe²⁺对过一硫酸盐（PMS）的活化效果,构建了EDTA强化Fe²⁺活化PMS（Fe²⁺/PMS）体系降解四环素,研究体系中Fe²⁺/EDTA摩尔比、初始pH、PMS投加量、四环素初始浓度4种不同反应条件对体系降解四环素效果的影响,利用响应面分析法确定体系最优反应条件。结果表明,当Fe²⁺投加量为0.10 mmol/L,Fe²⁺/EDTA摩尔比为7.7∶1,初始pH为5.19,PMS投加量为0.70 mmol/L,四环素初始浓度为10 mg/L时,四环素降解率高达95.59%。化学淬灭实验和EPR检测确定SO₄^?-是四环素降解过程中的主要活性物种,体系降解四环素过程符合二级反应动力学。

• 紫外/过氧化氢联合生化法处理DMF废水可行性探究

  蒋玲1, 刘泽皓1, 王辉2, 张亮1*

  通过优化紫外/过氧化氢（UV/H₂O₂）工艺条件,实现了N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的废水高效处理并推测了DMF的降解途径,同时对处理后的废水进行了生物活性影响探究并提出和展望了联合工艺。工艺优化阶段利用模拟DMF废水（DMF浓度为800 mg/L）,考察初始pH（1、2、3、4、5、6）和H₂O₂投加浓度（0、3.7、6.8、20.5、34.2 mg/L）对UV/H₂O₂工艺降解DMF的影响。试验结果表明当初始pH为4,H₂O₂投加浓度为20.5 mg/L时,DMF、化学需氧量（COD）和总有机碳（TOC）的去除率分别为99.7%、91.3%和90.9%。经UV/H₂O₂处理后,DMF中的氮元素部分以氨氮形式释放,同时系统能够达到54.4%总氮去除率。通过气相色谱-质谱（GC-MS）分析同时结合自然分布分析（NPA）电荷分布分析和前线电子密度推测出UV/H₂O₂处理后DMF的转化途径。废水经过物化预处理后,可以降低对微生物的短期活性抑制,并且对处理后的废水进行50%以上的稀释可以消除对微生物活性的短期抑制,适合作为生物反应器的启动比例。

• 低温热驱动氨制冷的水–冷联产新工艺模拟

  张帅帅, 程雅琦, 刘渊博, 郑通, 阮达, 马学虎*

  烟气湿法脱硫后含有大量水蒸气,直接排放造成水资源的浪费和“白羽烟”。针对脱硫后的烟气换热效率较低和冷却工质温度限制水回收效率的问题,提出了低温热驱动氨制冷的水-冷联产新工艺。梯级利用低品位烟气余热驱动的双效氨吸收制冷系统供给两级集水装置。利用工艺流程模拟软件Aspen对工艺进行全流程模拟。模拟结果显示：在两级水回收系统的共同作用下,排出湿空气的温度降低到15 ℃,水蒸气含量降低到1.7%以下,实现了高达77%的水回收率。新工艺实现了烟气余热的梯级利用、水回收和冷量的制取;可以盈余-10 ℃左右的冷量14.7 MW。每年节省工业用水2.25×10⁵ m³、工业用电1.06×10⁸ kWh,有着良好的经济和社会效益。

• 微藻–好氧颗粒污泥组合系统处理无机废水脱氮性能

  曾凌聪1, 罗怡1, 王浏佳1, 程媛媛1, 刘立良2, 龙焙1,3*

  构建了微藻-好氧颗粒污泥（AGS）组合脱氮系统,旨在为离子型稀土矿山尾水高效脱氮提供技术借鉴。分别接种微藻和实验室储存的AGS启动一级微藻反应器和二级AGS反应器,二者串联运行。运行30 d后,微藻的叶绿素a和藻密度分别为16.11 mg/L和1 007 mg/L,AGS结构更加致密,SVI和颗粒化率分别为33.93 mg/L和96.04%。微藻系统出水水质从第25天开始趋于稳定,分别实现了进水中40%左右的氨氮去除和30%左右的总无机氮（TIN）去除。AGS系统出水从第15天开始趋于稳定,分别实现一级出水中90%的NH₄⁺-N去除率和57%的TIN去除率。微藻的NH₄⁺-N和TIN稳态去除贡献率分别为39.80%~44.90%和44.29%~54.17%,AGS的NH₄⁺-N和TIN稳态去除贡献率分别为55.10%~60.20%和46.48%~54.17%。微藻-AGS组合系统的稳态NH₄⁺-N及TIN去除率分别为95%和70%左右,出水满足《离子型稀土矿山开采水污染物排放标准》（DB 36/1016–2018）。

• 基于碱刻蚀强化制备高性能纳滤膜及其微污染地表水净化应用

  蔡升云1, 郭瑞霞1, 钱俊伟1, 朱学武2*

  聚酰胺（PA）纳滤（NF）膜因其高渗透性、选择性和抗污染性能高等优点,在水处理领域展现了广阔的应用前景。然而,渗透性与选择性的权衡效应是当前PA NF膜制备面临的核心难题。本研究通过界面聚合（IP）技术,结合优化的热处理和后处理工艺,提出了一种新型的高性能PA NF膜制备策略。研究表明,以NaOH作为加热试剂能够刻蚀PA层并促进酰氯基团的水解,从而获得负电荷增强、亲水性改善、孔径增大的NF膜。优化后的NF-3膜展现出优异性能,渗透通量达24.3 L/（m²·h·bar）,对Na₂SO₄的截留率高达96.9%。该膜对一价和多价离子均具有优异的选择性,并且在天然地表水净化过程中,NF-3膜能有效去除有机污染物,同时保留适量矿物质,确保提供安全且矿物质组成合理的饮用水。本研究为纳滤工艺在实际水体处理系统中的应用及高性能纳滤膜定制策略提供了参考。

• 芬顿–TCCA联合深度处理垃圾渗滤液工艺研究

  罗晶晶1, 邓海涛2, 罗军2, 吴烈善1*, 刘丹1, 吕倩凤1

  垃圾渗滤液是一种水质成分复杂且处理难度较大的有机废水。考虑到广西某地垃圾填埋场渗滤液经生物处理后COD仍然较高的特点,研究设计了新型芬顿-三氯异氰脲酸工艺,以实现垃圾渗滤液的深度处理。研究对比了芬顿-三氯异氰脲酸联合处理与两级芬顿工艺在COD去除效果上的表现,并通过探讨三氯异氰脲酸的投加量和pH值对处理效果的影响,最终确定了最佳的反应条件。结果显示,在pH为7.0,三氯异氰脲酸投加量为7 g/L的条件下,芬顿-三氯异氰脲酸联合氧化工艺对垃圾填埋场渗滤液的COD去除率达到了96.94%。

• AAO工艺冬季处理低碳源农村污水的运行性能

  韦姣腾1, 王楠1, 白少元1,2,3, 王梅4, 钟溢健1,2,3*

  截至2022年,我国农村污水处理率仅约31%,农村地区的污水处理存在很大的空白。农村生活污水由于低碳源水质,给处理技术构成巨大挑战。基于AAO工艺处理冬季（平均水温为13.8 ℃）的实际农村生活污水,研究系统的运行性能并优化参数,分析了厌氧、缺氧和好氧环境下的微生物群落。结果表明,在处理冬季低碳源的农村生活污水时,AAO工艺存在明显的污泥流失,出现二次释磷和硝化作用被抑制的现象,优势菌属为能产生大量胞外聚合物的<em>Zoogloea</em>（13.87%~15.05%）。F/M值处于0.173±0.029 kgCOD/（kgMLSS·d）时,<em>Thiothrix</em>（7.01%~11.51%）的过度生长导致污泥膨胀。F/M值处于0.225±0.023 kgCOD/（kgMLSS·d）可维持良好的活性污泥系统,COD、TP、TN和NH₄⁺-N的平均去除率分别为95.19%、91.09%、83.53%和98.09%。讨论了AAO工艺处理农村生活污水时的污泥稳定状态、脱氮除磷效率以及不同情况下功能微生物的变化情况,有助于提高农村水环境的处理效率以及改善人居环境。

• 小试-中试循序法优化典型酸性矿山废水高密度泥浆法（HDS）工艺参数研究

  贾同福1, 张新艳2*, 李盘胜1, 池玉蕾2, 唐丽云2, 钟伟均1

  酸性矿山废水产生过程中多伴生重金属污染,增加了废水处理的难度与成本。为了强化酸性矿山废水的处理效能,本研究采用高密度泥浆法双级中和氧化-絮凝-沉淀工艺处理酸性矿山废水,结合小试-中试循序优化,明确系统最佳工艺参数,阐释中和反应和重金属转化协同去除的关键机制。关键参数包括水力停留时间（HRT）、氧化钙（CaO）投加量、底泥回流量等参数,结果显示,系统高效运行条件为：一级反应池pH为8.5~8.9,CaO投加量为3.0~3.4 kg/m³废水,气水比为（3~6）∶1,HRT为0.8~1 h,絮凝剂用量为15~20 g/m³废水,底泥浓度为20%,底泥回流比为14%~19%等。总铁和锌去除具有明显协同作用,铁和锰主要通过氧化并协同中和沉淀物及絮凝剂共沉淀等机理去除。研究结果为实际工艺设计调试、施工和运营降本增效提供重要理论和技术支撑。

• 水力停留时间对光合细菌和产甲烷古菌协同产甲烷性能影响及机制研究

  郭宇霖1,2, 庄铭汉3, 李宁杰1,2, 汪淑慧4*

  利用集胞藻替代生物杂化体产甲烷技术中的半导体材料,使其与产甲烷古菌互营生长、协同产甲烷,通过光暗循环以及络合铁的氧化还原循环方式,构建复合体系,搭建连续流反应器,设置不同水力停留时间（HRT）测试产甲烷性能,发现HRT=12 h组的甲烷产量最高,达（2.47±0.17） μmol。其中,共培养体系中cpcG和mcrA基因拷贝数最高分别增加了6.97和1.26倍,证实微生物间的互营生长。体系水环境表现出较高的电导率和较低的氧化还原电位,与胞外聚合物组分结果相互印证,说明了体系内各因素的共同协调控制保持系统稳定。偏最小二乘路径模型发现由水力停留时间引起的作用对生物量效应达0.43,而生物量对甲烷产量的效应达0.92,说明了水力停留时间会影响体系生物量,进而影响甲烷产量。

• 大连某污水处理厂（一期）提标改造及工艺优化

  张雨欣1, 范忠祥2, 刘长远3, 周子豫3, 吴英海3*

  大连某污水处理厂（一期）为提升出水水质标准,实施了提标升级改造工程。原有污水处理工艺为CAST工艺,出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918–2002）中的一级B标准。为响应国家环保法规要求,将出水标准提升至GB 18918–2002一级A标准。改造工程设计规模为3.5万m³/d,采用“曝气沉砂→改良AA/O→混凝（沉淀段）→过滤→紫外消毒”的主体工艺。对原有生化池进行改造,新建网格絮凝池和V型滤池等构筑物,并对污泥处理系统进行升级。改造后的污水处理系统出水水质提升,达到国家一级A标准要求。本研究可为类似项目提供参考。

• 物化+生化工艺组合处理甾体激素废水工程实例

  汤超群1, 杨筱玲2, 王白杨1*, 黄冬根1, 袁浩升1

  某生物制药企业生产甾体激素类药物,在生产过程中产生大量废水,该废水具有高盐、高COD、高氨氮、可生化性差等特点。此外,废水中还含有较高浓度的DMF以及微量的吡啶等特征污染物,原处理工艺处理该废水出水水质难以达标。根据甾体激素废水水质特性,对原有处理工艺进行改造,改造工程采用铁碳芬顿预处理+水解酸化+厌氧+A/O+生物接触氧化法+气浮组合工艺。运行结果表明,该组合工艺对甾体激素废水的处理效果良好,其中COD的去除率达到98%,氨氮去除率达到90%,出水水质能够稳定达到工业园区污水处理厂的接管标准。