水处理技术

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• 电催化厌氧膜生物反应器甲烷回收及沼气提质研究进展

  程宇1, 高天宇2,*, 丁家琪1, 张捍民3,*

  生物天然气是一种清洁的、来源广泛的可再生能源,主要来自于有机废弃物的厌氧消化。厌氧膜生物反应器（AnMBR）将厌氧消化和膜技术结合,是一种能耗低、有机负荷高、处理效果好的高效厌氧处理技术。然而,厌氧过程中存在大量溶解性甲烷随发酵液流失,造成了严重的能量损失和温室效应;同时产生的沼气往往CH₄含量偏低,热值不足,在作为燃料使用上受到限制。溶解性甲烷回收和沼气提质升级（CO₂去除）是AnMBR工程化应用的关键因素。生物电化学技术和AnMBR耦合,提供了一种可行的甲烷回收和沼气提质方案,通过膜分离和引入电场,有效促进了气相甲烷富集和CO₂还原生成CH₄。本文综述了AnMBR过程中,溶解性甲烷回收和沼气提质技术基本原理和研究进展,重点阐述了电催化强化AnMBR能源回收及沼气提质的作用原理、强化效能,同时总结讨论了电极材料和外部电场2个关键因素对电催化AnMBR耦合系统影响效果,并对系统未来研究进行展望。本研究将推进电催化AnMBR系统对有机废弃物能源回收的进一步探索,为能源结构转型提供可行性的思路。

• 农村饮用水微生物风险控制技术效能评估与适用性研究

  宁静, 王辉*

  农村饮用水微生物污染是威胁居民健康的重要风险因素之一,其污染来源复杂,健康风险突出,且农村供水水源类型多样、供水布局分散,因此,对农村饮用水中微生物的控制尤为关键。本文总结了农村饮用水中微生物污染的来源及健康风险,系统综述了农村集中式供水和分散式供水场景中不同微生物处理技术的控制效能,构建综合评价指标体系,对不同处理技术进行农村供水场景的适用性分析,提出结论与展望。本文旨在为农村供水工程中微生物风险控制技术的选择与优化提供科学依据。

• 膜生物反应器去除污水中新污染物的研究进展

  许明1, 陈梦凯1, 沈晓笑2, 杨光1, 安名扬1

  新污染物（ECs）因其痕量、高毒性与来源广泛性,持续威胁水生态与人体健康。膜生物反应器（MBR）凭借生物降解与膜分离的高效协同,在污水深度处理与ECs去除方面表现突出。本文结合CiteSpace文献计量分析,系统评述了MBR对内分泌干扰物（EDCs）、抗生素、微塑料（MPs）及全氟和多氟烷基物质（PFAS）四类典型ECs的去除效能与机制差异。MBR对EDCs和MPs的去除效果稳定高效（>90%）,分别以生物降解和物理筛分为主;抗生素的去除受分子结构与共代谢活性显著影响,概率介于80%~90%;而对PFAS的去除能力整体较低（<50%）,主要依赖吸附作用。膜污染层作为“次级生物膜”对ECs强化截留与降解具有重要贡献。目前,MPs等ECs富集于污泥的风险、难降解ECs的去除及实际污水中多污染物复合效应仍是研究薄弱环节。未来应在机制解析、材料创新、工艺耦合与智能控制等方面深化研究,以推动MBR在新污染物深度治理中的进一步发展。

• MABR强化有机毒性废水脱氮除碳研究进展

  杨笑霖1, 田海龙2, 刘炳旭2, 栗鸿强3

  工业有机毒性废水污染物成分复杂、生物抑制性强,其高效处理面临严峻挑战。传统生物处理技术存在能耗高、抗冲击负荷能力弱等瓶颈,难以满足绿色低碳发展要求。膜曝气生物膜反应器（MABR）技术通过无泡曝气与生物膜工艺的协同创新,在提升氧传递效率、强化碳氮污染物同步去除及增强系统稳定性方面展现出显著优势。本文概述了MABR在工业有机毒性废水脱氮除碳中的研究进展,重点阐述了其通过独特的分层生物膜结构实现有机物氧化与多种脱氮路径（包括自养硝化-厌氧反硝化、异养硝化好氧反硝化（HN-AD）和短程硝化-厌氧氨氧化（PN/A））协同降解的作用机制与应用效能。针对实际应用中存在的问题,提出了根据水质特性与处理需求设计多级MABR系统、耦合预处理工艺以降低有机物毒性、优化运行参数等解决方案,充分发挥MABR同步脱氮除碳的技术优势。最后,分析了该领域当前面临的挑战,并对未来的研究与发展方向进行了展望。

• 纳米材料粒径对聚酰胺反渗透膜结构与性能的影响研究

  王小娟1, 董旭1, 王新艳2, 张伟政2, 高学理1,*

  通过改变反应物浓度制备了不同粒径（70、130、250 nm）的苯胺/吡咯共聚中空纳米球（PPHMNs）,然后将其添加到界面聚合的水相溶液中制备反渗透膜。利用原子力显微镜探究了不同粒径PPHMNs在聚砜基膜表面的沉积状态,定量分析比较了不同粒径PPHMNs与聚酰胺之间的界面面积。结果表明,当PPHMNs粒径中等（130 nm）时,其与聚酰胺之间具有最大的界面面积,理论上能最大限度地提高膜的渗透性能;当粒径为70 nm时,PPHMNs与聚酰胺之间的界面面积最小。膜的渗透性测试结果表明,中等粒径（130 nm）PPHMNs改性的膜具有最佳的渗透性能,水通量为34.1 L/（m²·h）,NaCl截留率为99.02%;尽管较大粒径（250 nm）的PPHMNs与聚酰胺之间具有比70 nm PPHMNs更大的界面面积,但其却表现出最低的渗透性能,这可能是其分离层厚度增大所致。

• 青稞秸秆生物炭吸附-催化协同降解水中三氯生

  沙奕1,2,3, 张彦森1,2,3, 薛孝志1,2,3, 朵兴红1,2,3,*

  为实现农业废弃物高值化并治理水中三氯生（TCS）污染,以青稞秸秆为碳源,550 °C热解2 h制得生物炭（BC）,经酸碱盐活化后,聚焦盐酸活化生物炭（BC-HCl）对水中TCS污染物降解的研究。结果表明,BC-HCl比表面积为322.56 m²/g,孔体积为0.179 7 mL/g最优。吸附符合准二级动力学与Langmuir模型,298 K时最大吸附量66.667 mg/g,240 min TCS去除率达到92%;吸附为自发放热过程,BC-HCl吸附自发性更强,且在pH 2~10.5范围内性能稳定。TCS经“吸附-催化协同”降解为H₂O、CO₂。本实验研究首次将青稞秸秆生物炭用于TCS的吸附-催化协同降解,为TCS污染治理提供了可行路径及实验基础。

• 超交联树脂的制备及其对煤化工废水中芳烃类有机物的吸附特性研究

  贺居元1,2, 张爱宁2,*, 杨壮壮2

  针对煤化工废水中芳烃类有机物浓度高、毒害性强的难题,本研究设计并制备了一系列超交联改性树脂,用于废水中芳烃类有机物的吸附分离。通过对改性前后树脂的表面形貌及孔隙结构分析表明,胺功能化的树脂（HPNs-NH₂）具有丰富的介孔和大孔的结构。此外的研究结果表明在pH=7、<em>T</em>=298 K的体系中对废水中酚类物质和多环芳烃的去除率分别可以达到65.59%和19.95%。而且HPNs-NH₂在经过多次的循环吸附解吸后,其性能持续稳定。最后,通过动力学以及等温模型的拟合分析,进一步揭示了HPNs-NH₂对芳烃类有机物的吸附以物理吸附为主导的多层、自发且放热的吸附。可以发现,本研究制备的超交联树脂对于实现煤化工废水中芳烃类有机物的持续高效分离具有重要的实际意义。

• TBO@UiO-66-NH2/GO膜的制备及其对罗丹明B的分离性能研究

  尹枭平1, 杨彦泽1, 李振颖1, 陈旭1, 胡雨露1, 孙霞1,2,*

  为提高氧化石墨烯复合膜对罗丹明B（RhB）分离性能,本研究通过在氧化石墨烯层间嵌入多环π共轭阳离子（甲苯胺蓝O,TBO）,同时在TBO插层分散亲水性材料UiO-66-NH₂,成功制备出TBO@UiO-66-NH₂/GO复合膜。研究TBO和UiO-66-NH₂的引入对膜表面形貌、横切面结构及分离性能的影响。结果表明,由于TBO和UiO-66-NH₂的引入,TBO@UiO-66-NH₂/GO膜表面褶皱和缺陷消失,其对RhB截留率达到99%以上,对不同浓度、pH、过滤体积的RhB也能保持较高截留率（95%以上）。稳定性实验表明,复合膜具备较强的过滤稳定性和机械稳定性。

• 碱–铁钙改性核桃壳生物炭的制备及用于浮岛基质的研究

  吴昌政, 万金泉*, 文蓝慧

  以核桃壳为原料,分别采用KOH碱改性、Fe-Ca金属改性及二者复合改性制备生物炭,通过吸附实验筛选最优材料,并利用BET、XRD等表征手段分析其理化性质与吸附机理。将最优粉末生物炭制成球,对比其与传统浮岛基质的脱氮除磷性能。结果表明：碱-铁钙复合改性生物炭（KFC-BC1）表现出最优的吸附性能,当投加量为100 mg,氮磷初始浓度分别为40 mg/L和10 mg/L时,其对氨氮和磷酸盐的吸附量分别达21.84 mg/g和8.92 mg/g。成型后的KFC@BC1生物炭球在极低投加量（1 g/L）下,对磷和氨氮的24 h去除率分别高达69.1%和46.4%,性能显著优于传统砾石、沸石及陶粒等浮岛基质。

• 基于大环胺单体纳滤膜处理印染废水及膜污染特征分析

  李孟昕1, 王明1, 周华2, 侯影飞1,*

  膜分离技术在废水处理与回用领域具有较大的应用潜力,但受限于trade-off效应和膜污染问题,膜分离技术的应用受到了限制。与传统的哌嗪单体相比,大环胺单体空间立体结构增大,可以使分离层具有更多的空腔和自由体积,有利于提升膜的透水性。本文采用表面活性剂组装调控界面聚合（SARIP）法制备大环胺纳滤膜,并处理烟台某厂印染废水,出水COD可降至27 mg/L,出水水质达到GB 4287–2012的印染废水水质回用标准,浓缩倍数可达10倍,废水回用率达到90%。在印染废水处理过程中,SARIP膜的通量衰减低于商业膜NF270,且处理效果优于NF270。这归因于其表面较少的-COOH含量、特殊表面微结构和均匀的孔径分布。对污染前后膜的表面形貌、元素组成和亲疏水性等性质进行分析,研究纳滤膜处理印染废水过程中的污染特性。SARIP膜表面主要以无机污染为主,而NF270膜表面主要以有机污染为主。SARIP膜对印染废水具有更好的分离效率和抗污染性能,在印染废水处理领域具有较大的应用潜力。