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2021年 第39卷 第11期
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2021, 39(11): 1-15,40.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111001
摘要:
难降解工业废水高效处理是制约我国经济发展与环境保护的重大问题，近年来我国及其他国家在该领域取得了技术和理论上的巨大进步。首先总结了工业废水预处理-生物处理-深度处理三级处理体系的技术全貌，对各级处理单元具有代表性的技术及其适用性、发展趋势进行了讨论；其次重点论述了在污染物降解途径识别、微生物群落结构和功能解析、高风险污染物生态和健康风险评价等方面的理论探索。在我国大力推进生态文明建设、实施绿色低碳发展战略的背景下，日益多元化和系统化的废水治理技术与理论体系将深刻影响未来工业发展的布局和路径。
难降解工业废水高效处理是制约我国经济发展与环境保护的重大问题，近年来我国及其他国家在该领域取得了技术和理论上的巨大进步。首先总结了工业废水预处理-生物处理-深度处理三级处理体系的技术全貌，对各级处理单元具有代表性的技术及其适用性、发展趋势进行了讨论；其次重点论述了在污染物降解途径识别、微生物群落结构和功能解析、高风险污染物生态和健康风险评价等方面的理论探索。在我国大力推进生态文明建设、实施绿色低碳发展战略的背景下，日益多元化和系统化的废水治理技术与理论体系将深刻影响未来工业发展的布局和路径。
2021, 39(11): 16-27,134.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111002
摘要:
工业废水深度处理技术的研发和应用是目前的热点问题，针对深度处理技术去除生化出水中难降解有机物所面临的挑战，提出基于特征污染物识别进行深度处理技术研发和应用的技术思路，在此基础上总结了工业废水中特征污染物的识别方法和应用，并以焦化废水、制药废水、印染废水和造纸废水作为典型高浓度难降解有机废水为代表，概述了工业废水深度处理技术的研究进展，重点介绍了焦化废水和制药废水中基于特征污染物识别的深度处理成功应用的典型案例，并对未来工业废水深度处理技术的发展方向提出了建议，以期为工业的可持续发展提供技术支持和科学依据。
工业废水深度处理技术的研发和应用是目前的热点问题，针对深度处理技术去除生化出水中难降解有机物所面临的挑战，提出基于特征污染物识别进行深度处理技术研发和应用的技术思路，在此基础上总结了工业废水中特征污染物的识别方法和应用，并以焦化废水、制药废水、印染废水和造纸废水作为典型高浓度难降解有机废水为代表，概述了工业废水深度处理技术的研究进展，重点介绍了焦化废水和制药废水中基于特征污染物识别的深度处理成功应用的典型案例，并对未来工业废水深度处理技术的发展方向提出了建议，以期为工业的可持续发展提供技术支持和科学依据。
2021, 39(11): 28-40.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111003
摘要:
从自然演化、人类活动、科学发展角度分析污废水的产生机制及其对天然水体溶液性质的影响，发现人类迁徙的城镇化以及工农业生产的效率约束导致污废水与天然径流之间的矛盾，使生态水体呈现出由地表纯净水向水质污染方向的功能转化，扰动了元素/化合物在地球表面或水体界面的离心与向心迁移的平衡，明确了水体界面或水圈作为物质地球循环中转站/转运站的原理机制。隐藏在各种水处理工艺原理中的物理、化学、物化、生化等丰富功能能够解决中转站中所积累的矛盾，所以，集合溶液性质与污废水处理工艺原理之间的对应关系及其技术应用将构成更加完备和潜在的水工业，所提出的水溶液性质概念同样适用于给水与纯净水的生产与管理。针对有毒/难降解的工业有机废水，如煤化工行业焦化废水，在前端工艺清洁生产的基础上，需要把产品资源回收、性质互补利用、水量循环机制作为共性目标，把低能耗与物耗、关键污染物去除以及明确环境风险归趋作为污染控制工艺选择的依据，同时要求全过程产生低的二次污染如碳排放等。基于水溶液性质的改变及其过程演变的探究将拓宽水污染控制的工艺理论与技术边界。水污染控制与水环境保护相结合的水工业全过程追求技术、经济与社会目标的一致，争取得到绿色、低碳、循环等生态目标的响应，即生活、生产、生态"三位一体"的协调发展。
从自然演化、人类活动、科学发展角度分析污废水的产生机制及其对天然水体溶液性质的影响，发现人类迁徙的城镇化以及工农业生产的效率约束导致污废水与天然径流之间的矛盾，使生态水体呈现出由地表纯净水向水质污染方向的功能转化，扰动了元素/化合物在地球表面或水体界面的离心与向心迁移的平衡，明确了水体界面或水圈作为物质地球循环中转站/转运站的原理机制。隐藏在各种水处理工艺原理中的物理、化学、物化、生化等丰富功能能够解决中转站中所积累的矛盾，所以，集合溶液性质与污废水处理工艺原理之间的对应关系及其技术应用将构成更加完备和潜在的水工业，所提出的水溶液性质概念同样适用于给水与纯净水的生产与管理。针对有毒/难降解的工业有机废水，如煤化工行业焦化废水，在前端工艺清洁生产的基础上，需要把产品资源回收、性质互补利用、水量循环机制作为共性目标，把低能耗与物耗、关键污染物去除以及明确环境风险归趋作为污染控制工艺选择的依据，同时要求全过程产生低的二次污染如碳排放等。基于水溶液性质的改变及其过程演变的探究将拓宽水污染控制的工艺理论与技术边界。水污染控制与水环境保护相结合的水工业全过程追求技术、经济与社会目标的一致，争取得到绿色、低碳、循环等生态目标的响应，即生活、生产、生态"三位一体"的协调发展。
2021, 39(11): 41-45,109.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111004
摘要:
文章介绍了现代煤化工产业的发展现状及其面临的环境挑战，并对现代煤化工废水组成及特性进行了分析。通过对有机废水和含盐废水进行分类收集、分质处理、分级回用，现代煤化工废水处理系统从重视单元技术发展为统筹考虑工艺衔接和源头治理的关键技术集成，形成了废水预处理-生化处理-再生水回用-含盐废水膜处理-蒸发结晶处理的基本技术框架。同时，针对现代煤化工项目废水处理系统实际运行中出现的问题进行分析，提出解决思路，优化技术集成，进一步破解现代煤化工废水近零排放的技术瓶颈，降低废水近零排放的经济成本并提高运行稳定性。
文章介绍了现代煤化工产业的发展现状及其面临的环境挑战，并对现代煤化工废水组成及特性进行了分析。通过对有机废水和含盐废水进行分类收集、分质处理、分级回用，现代煤化工废水处理系统从重视单元技术发展为统筹考虑工艺衔接和源头治理的关键技术集成，形成了废水预处理-生化处理-再生水回用-含盐废水膜处理-蒸发结晶处理的基本技术框架。同时，针对现代煤化工项目废水处理系统实际运行中出现的问题进行分析，提出解决思路，优化技术集成，进一步破解现代煤化工废水近零排放的技术瓶颈，降低废水近零排放的经济成本并提高运行稳定性。
2021, 39(11): 46-51.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111005
摘要:
含聚采出水具有水质复杂、黏度大、乳化程度高、含油量高等特点，导致油水分离困难，对油田生产作业和环境带来严重影响。分析了含聚采出水的水质特性，对国内外含聚采出水处理技术进行了总结，如膜分离法、气浮法、高级氧化法、微生物法等，阐述了这些处理技术在油田的应用情况及存在的问题。简要说明了含聚采出水处理工艺及橇装一体化水处理装置开发问题，对今后的含聚采出水处理技术的研究进行了展望，以期为该类污水处理技术的研究和工程应用提供参考。
含聚采出水具有水质复杂、黏度大、乳化程度高、含油量高等特点，导致油水分离困难，对油田生产作业和环境带来严重影响。分析了含聚采出水的水质特性，对国内外含聚采出水处理技术进行了总结，如膜分离法、气浮法、高级氧化法、微生物法等，阐述了这些处理技术在油田的应用情况及存在的问题。简要说明了含聚采出水处理工艺及橇装一体化水处理装置开发问题，对今后的含聚采出水处理技术的研究进行了展望，以期为该类污水处理技术的研究和工程应用提供参考。
2021, 39(11): 52-61.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111006
摘要:
矿产开发利用过程中产生的酸性矿山废水（AMD）污染严重，极易导致周边生态环境破坏，而喀斯特地区天然材料碳酸盐岩（白云岩/石灰岩）及其中和反应产生的针铁矿、施威特曼石、水铁矿等次生矿物能通过氧化与还原、溶解与沉淀、配体交换、吸附络合等多种机制净化AMD。总结了碳酸盐岩中和AMD的反应机理、AMD溶蚀碳酸盐岩过程的物理化学行为，阐明了AMD-碳酸盐岩作用过程中形成的次生矿物种类、形成条件、生成顺序及其环境意义，并综述了国内外以碳酸盐岩为反应介质处理AMD技术的最新进展，以期为进一步提高碳酸盐岩处理不同类型酸性矿山排水的持续有效性、构建系统使用寿命预测模型以及优化处理系统工艺方法提供参考。
矿产开发利用过程中产生的酸性矿山废水（AMD）污染严重，极易导致周边生态环境破坏，而喀斯特地区天然材料碳酸盐岩（白云岩/石灰岩）及其中和反应产生的针铁矿、施威特曼石、水铁矿等次生矿物能通过氧化与还原、溶解与沉淀、配体交换、吸附络合等多种机制净化AMD。总结了碳酸盐岩中和AMD的反应机理、AMD溶蚀碳酸盐岩过程的物理化学行为，阐明了AMD-碳酸盐岩作用过程中形成的次生矿物种类、形成条件、生成顺序及其环境意义，并综述了国内外以碳酸盐岩为反应介质处理AMD技术的最新进展，以期为进一步提高碳酸盐岩处理不同类型酸性矿山排水的持续有效性、构建系统使用寿命预测模型以及优化处理系统工艺方法提供参考。
2021, 39(11): 62-68,88.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111007
摘要:
生物还原法处理水体硒污染，绿色经济。但大多数硒酸盐还原模式菌环境适应性较差，工程应用困难。采用某些具有硒酸盐还原能力的反硝化菌治理硒污染，则是一种新的尝试。以反硝化菌主导的硒酸盐还原菌群为研究对象，通过底物还原速率对比分析，结合微生物群落数据和功能基因定量，证实了Nap型硝酸盐还原酶主导了硒酸盐还原过程，明确了反硝化菌在还原硒酸盐过程中的作用，进一步拓展了硒还原菌谱。并以此为基础，提出了一种全新的硒酸盐污染治理策略：采用硝酸盐对活性污泥进行预驯化，可大大提升硒酸盐还原效率，因而具有一定的工程应用价值。
生物还原法处理水体硒污染，绿色经济。但大多数硒酸盐还原模式菌环境适应性较差，工程应用困难。采用某些具有硒酸盐还原能力的反硝化菌治理硒污染，则是一种新的尝试。以反硝化菌主导的硒酸盐还原菌群为研究对象，通过底物还原速率对比分析，结合微生物群落数据和功能基因定量，证实了Nap型硝酸盐还原酶主导了硒酸盐还原过程，明确了反硝化菌在还原硒酸盐过程中的作用，进一步拓展了硒还原菌谱。并以此为基础，提出了一种全新的硒酸盐污染治理策略：采用硝酸盐对活性污泥进行预驯化，可大大提升硒酸盐还原效率，因而具有一定的工程应用价值。
2021, 39(11): 69-76.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111008
摘要:
研究了苯酚、间甲酚、邻甲酚和间苯二酚等酚类化合物在臭氧氧化过程中生物毒性的变化，揭示了反应中高毒性中间产物的荧光光谱特征。研究发现：4种酚类化合物被臭氧氧化后，生物毒性均呈先增加后减弱的趋势，其中臭氧氧化苯酚、间甲酚、邻甲酚和间苯二酚的生物毒性最大值分别是其初始毒性的16.7，26.3，34.8，3.2倍。利用Na2SO3还原臭氧氧化出水，急性生物毒性可得到高效去除，4种污染物毒性单位最高点的去除率分别为95.2%、94.5%、87.3%和44.4%，并且毒性单位的变化量和在295~305 nm激发波长下的荧光发射光谱峰强度的恢复量呈显著相关（P<0.05），可为构建基于光学特征的臭氧氧化出水中生物毒性的快速定量表征方法提供新思路。
研究了苯酚、间甲酚、邻甲酚和间苯二酚等酚类化合物在臭氧氧化过程中生物毒性的变化，揭示了反应中高毒性中间产物的荧光光谱特征。研究发现：4种酚类化合物被臭氧氧化后，生物毒性均呈先增加后减弱的趋势，其中臭氧氧化苯酚、间甲酚、邻甲酚和间苯二酚的生物毒性最大值分别是其初始毒性的16.7，26.3，34.8，3.2倍。利用Na2SO3还原臭氧氧化出水，急性生物毒性可得到高效去除，4种污染物毒性单位最高点的去除率分别为95.2%、94.5%、87.3%和44.4%，并且毒性单位的变化量和在295~305 nm激发波长下的荧光发射光谱峰强度的恢复量呈显著相关（P<0.05），可为构建基于光学特征的臭氧氧化出水中生物毒性的快速定量表征方法提供新思路。
2021, 39(11): 77-82,118.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111009
摘要:
针对典型难生物降解污染物，为强化其在废水处理中的降解去除，开展了合成类芬顿催化剂及其对安替比林（ANT）及染料降解特性的研究。水热法合成的Cu1-xCoxFe2O4金属氧化物催化剂是一种具有尖晶石立方结构的磁性材料，比表面积为147.3~187.5 m2/g，饱和磁化值为17.2~62.3 EMU/g。随着Co含量逐渐增加，催化剂的催化活性有明显提高。所得最佳Cu0.25Co0.75Fe2O4催化剂的适用pH值为7~9，ANT初始浓度为50 mg/L，催化剂投加量为0.7 g/L和H2O2投加量为150 mmol/L的条件下，当反应初始pH=7时，对ANT去除率为93.1%；pH=9时去除率达到94.7%。不同类型的难降解有机物，如罗丹明B和酸性橙Ⅱ在该催化剂催化作用下也可实现有效降解。催化剂通过磁性回收再利用5次循环后，ANT去除率仍保持在80%以上，表明催化剂具有较好的稳定性和重复使用性。研究合成的类芬顿催化剂为高效去除废水中的难降解有机物提供了科学依据。
针对典型难生物降解污染物，为强化其在废水处理中的降解去除，开展了合成类芬顿催化剂及其对安替比林（ANT）及染料降解特性的研究。水热法合成的Cu1-xCoxFe2O4金属氧化物催化剂是一种具有尖晶石立方结构的磁性材料，比表面积为147.3~187.5 m2/g，饱和磁化值为17.2~62.3 EMU/g。随着Co含量逐渐增加，催化剂的催化活性有明显提高。所得最佳Cu0.25Co0.75Fe2O4催化剂的适用pH值为7~9，ANT初始浓度为50 mg/L，催化剂投加量为0.7 g/L和H2O2投加量为150 mmol/L的条件下，当反应初始pH=7时，对ANT去除率为93.1%；pH=9时去除率达到94.7%。不同类型的难降解有机物，如罗丹明B和酸性橙Ⅱ在该催化剂催化作用下也可实现有效降解。催化剂通过磁性回收再利用5次循环后，ANT去除率仍保持在80%以上，表明催化剂具有较好的稳定性和重复使用性。研究合成的类芬顿催化剂为高效去除废水中的难降解有机物提供了科学依据。
2021, 39(11): 83-88.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111010
摘要:
2，4，6-trichlorophenol（TCP）是一种较难生物降解的有机化合物，而TCP还原脱氯是其生物降解的关键，该过程通常在厌氧条件下进行。TCP对位的氯离子比邻位难脱除，所形成的中间产物4-氯酚（4-CP）在厌氧条件下很难得到进一步降解。然而，此时将反应体系切换成好氧条件时4-CP则可得到有效降解。基于好氧和厌氧交替可共存的特点，采用垂直折流板式生物反应器降解TCP。相比单纯厌氧降解，厌氧和好氧交替模式可明显加速TCP的生物降解。对于初始浓度为50 μmol/L的TCP，完全去除的时间可从34 h缩短至12 h。该运行模式可缓解中间产物对TCP降解的抑制，4-CP的代谢产物苯酚在好氧条件下可得到迅速降解，缓解了其抑制作用，加速TCP在厌氧条件下的生物降解。
2，4，6-trichlorophenol（TCP）是一种较难生物降解的有机化合物，而TCP还原脱氯是其生物降解的关键，该过程通常在厌氧条件下进行。TCP对位的氯离子比邻位难脱除，所形成的中间产物4-氯酚（4-CP）在厌氧条件下很难得到进一步降解。然而，此时将反应体系切换成好氧条件时4-CP则可得到有效降解。基于好氧和厌氧交替可共存的特点，采用垂直折流板式生物反应器降解TCP。相比单纯厌氧降解，厌氧和好氧交替模式可明显加速TCP的生物降解。对于初始浓度为50 μmol/L的TCP，完全去除的时间可从34 h缩短至12 h。该运行模式可缓解中间产物对TCP降解的抑制，4-CP的代谢产物苯酚在好氧条件下可得到迅速降解，缓解了其抑制作用，加速TCP在厌氧条件下的生物降解。
2021, 39(11): 89-95.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111011
摘要:
运用双极膜电渗析法（BMED）去除模拟废水中的Cr（Ⅵ）并以H2CrO4的形式对其进行回收。探究了电解质浓度、电流密度、Cr（Ⅵ）初始浓度对Cr（Ⅵ）去除的影响。结果表明：当Cr（Ⅵ）初始浓度为500 mg/L时，电解质浓度为1 g/L，电流密度为2 mA/cm2时，Cr（Ⅵ）去除率最高为97.6%。当在BMED中串联2个和3个废水室时，可有效降低单位去除能耗，提高电流效率，且所有废水室中Cr（Ⅵ）去除率均>97.0%。随着废水室的数量从1增加到2和3，单位去除能耗分别从19.49×10-3 kW·h/g降低到7.76×10-3，4.17×10-3 kW·h/g，电流效率分别从31.5%提高到125.8%和284.4%。双极膜电渗析法可作为一种从水溶液中去除和回收Cr（Ⅵ）的有效方法。
运用双极膜电渗析法（BMED）去除模拟废水中的Cr（Ⅵ）并以H2CrO4的形式对其进行回收。探究了电解质浓度、电流密度、Cr（Ⅵ）初始浓度对Cr（Ⅵ）去除的影响。结果表明：当Cr（Ⅵ）初始浓度为500 mg/L时，电解质浓度为1 g/L，电流密度为2 mA/cm2时，Cr（Ⅵ）去除率最高为97.6%。当在BMED中串联2个和3个废水室时，可有效降低单位去除能耗，提高电流效率，且所有废水室中Cr（Ⅵ）去除率均>97.0%。随着废水室的数量从1增加到2和3，单位去除能耗分别从19.49×10-3 kW·h/g降低到7.76×10-3，4.17×10-3 kW·h/g，电流效率分别从31.5%提高到125.8%和284.4%。双极膜电渗析法可作为一种从水溶液中去除和回收Cr（Ⅵ）的有效方法。
2021, 39(11): 96-102,126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111012
摘要:
生物炭作为新型环境功能材料，在环境污染修复、土壤改良、温室气体减排、强化污水生物脱氮方面应用前景广阔。为探究不同制备温度对竹炭基生物炭理化特征的影响，以竹粉为原料在不同温度条件下制备生物炭，并对其得失电子能力（EEC）、表面官能团及元素组成等进行表征。结果表明：当热解温度从300℃升高到700℃的过程中，电子供给能力（EDC）总体呈先升高再降低的规律，其中300，400℃下热解得到的生物炭EDC最高，分别为0.33，0.35 mmol e-/g，具有更高的强化生物脱氮潜能；600℃下制备的生物炭EDC最低，为0.07 mmol e-/g。由元素含量计算所得的平均氧化度Cox与EDC的结果相对应。随着制备温度的升高，热解所得生物炭的平均氧化度由负值变为正值，300，400℃下热解得到的生物炭的Cox为负值，表明300，400℃条件下比500~700℃下所得生物炭还原性更强，氧化性更弱，即电子供给能力（EDC）更大，电子接收能力（EAC）更小。傅里叶红外光谱结果显示，300，400℃下热解所得生物炭羟基含量最高，与其EDC的结果相吻合。
生物炭作为新型环境功能材料，在环境污染修复、土壤改良、温室气体减排、强化污水生物脱氮方面应用前景广阔。为探究不同制备温度对竹炭基生物炭理化特征的影响，以竹粉为原料在不同温度条件下制备生物炭，并对其得失电子能力（EEC）、表面官能团及元素组成等进行表征。结果表明：当热解温度从300℃升高到700℃的过程中，电子供给能力（EDC）总体呈先升高再降低的规律，其中300，400℃下热解得到的生物炭EDC最高，分别为0.33，0.35 mmol e-/g，具有更高的强化生物脱氮潜能；600℃下制备的生物炭EDC最低，为0.07 mmol e-/g。由元素含量计算所得的平均氧化度Cox与EDC的结果相对应。随着制备温度的升高，热解所得生物炭的平均氧化度由负值变为正值，300，400℃下热解得到的生物炭的Cox为负值，表明300，400℃条件下比500~700℃下所得生物炭还原性更强，氧化性更弱，即电子供给能力（EDC）更大，电子接收能力（EAC）更小。傅里叶红外光谱结果显示，300，400℃下热解所得生物炭羟基含量最高，与其EDC的结果相吻合。
2021, 39(11): 103-109.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111013
摘要:
利用制药污泥热解制备生物炭，考察ZnCl2活化条件对生物炭吸附性能的影响，并探究生物炭对制药废水的吸附处理特性。提高ZnCl2活化剂的浓度和浸渍比均可提升制药污泥生物炭的吸附性能，5 mol/L ZnCl2活化剂在1：1浸渍比下获得的生物炭的比表面积达到534.91 m2/g，碘吸附值和苯酚吸附值分别达到674.61，119.12 mg/g。制药污泥生物炭对制药废水COD吸附动力学与叶洛维奇模型和拟二级吸附动力学模型较为相符，1 h内为生物炭对COD的快速吸附阶段。制药污泥生物炭投加量的提升，可提高废水中污染物去除率，在50 g/L生物炭投加量下吸附1 h，可实现66.3% COD和61.8%可吸附有机卤素（AOX）的去除。而多级吸附可在较低投加量下实现更好的污染物去除效果，1 g/L投加量下进行6级吸附可去除72.8%的COD和65.2%的AOX。这揭示了制药污泥在ZnCl2活化条件下热解可制备高吸附性能生物炭，并展现了出色的制药废水吸附处理效果。
利用制药污泥热解制备生物炭，考察ZnCl2活化条件对生物炭吸附性能的影响，并探究生物炭对制药废水的吸附处理特性。提高ZnCl2活化剂的浓度和浸渍比均可提升制药污泥生物炭的吸附性能，5 mol/L ZnCl2活化剂在1：1浸渍比下获得的生物炭的比表面积达到534.91 m2/g，碘吸附值和苯酚吸附值分别达到674.61，119.12 mg/g。制药污泥生物炭对制药废水COD吸附动力学与叶洛维奇模型和拟二级吸附动力学模型较为相符，1 h内为生物炭对COD的快速吸附阶段。制药污泥生物炭投加量的提升，可提高废水中污染物去除率，在50 g/L生物炭投加量下吸附1 h，可实现66.3% COD和61.8%可吸附有机卤素（AOX）的去除。而多级吸附可在较低投加量下实现更好的污染物去除效果，1 g/L投加量下进行6级吸附可去除72.8%的COD和65.2%的AOX。这揭示了制药污泥在ZnCl2活化条件下热解可制备高吸附性能生物炭，并展现了出色的制药废水吸附处理效果。
2021, 39(11): 110-118.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111014
摘要:
生活垃圾焚烧厂渗沥液是一种含高氨氮高有机物浓度的难处理废水，目前渗沥液生物脱氮多采用多级硝化反硝化处理工艺，存在能耗大、效率低等不足。以厌氧氨氧化技术为核心，构建连续流厌氧消化-短程硝化-厌氧氨氧化三段式工艺，分析垃圾焚烧厂渗沥液的生物脱氮效果、有机物迁移转化规律、功能微生物活性及组成变化。结果表明：在进水ρ（NH4+-N）为900~1800 mg/L，ρ（COD）为3000~20000 mg/L时，系统处理效果良好，稳定运行期间总无机氮和COD去除率分别为85%和77%。其中厌氧消化段可去除约45%的COD，短程硝化段NO2--N积累率保持在97%以上，厌氧氨氧化段稳定运行期间总无机氮去除率约为85%，系统内也存在一定程度反硝化反应。接入渗沥液后，自养脱氮体系中功能微生物氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（Anammox）的活性均有不同程度的下降，采用宏基因组学结合16S rDNA高通量测序技术对比分析微生物的群落和功能组成变化，发现渗沥液中高浓度的有机物使短程硝化段和厌氧氨氧化段内异养反硝化菌相对丰度上升，Anammox受到难降解有机物抑制，其中Candidatus_Kuenenia菌属适应性较强，在驯化后仍然可以维持厌氧氨氧化系统较高的脱氮效果。
生活垃圾焚烧厂渗沥液是一种含高氨氮高有机物浓度的难处理废水，目前渗沥液生物脱氮多采用多级硝化反硝化处理工艺，存在能耗大、效率低等不足。以厌氧氨氧化技术为核心，构建连续流厌氧消化-短程硝化-厌氧氨氧化三段式工艺，分析垃圾焚烧厂渗沥液的生物脱氮效果、有机物迁移转化规律、功能微生物活性及组成变化。结果表明：在进水ρ（NH4+-N）为900~1800 mg/L，ρ（COD）为3000~20000 mg/L时，系统处理效果良好，稳定运行期间总无机氮和COD去除率分别为85%和77%。其中厌氧消化段可去除约45%的COD，短程硝化段NO2--N积累率保持在97%以上，厌氧氨氧化段稳定运行期间总无机氮去除率约为85%，系统内也存在一定程度反硝化反应。接入渗沥液后，自养脱氮体系中功能微生物氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（Anammox）的活性均有不同程度的下降，采用宏基因组学结合16S rDNA高通量测序技术对比分析微生物的群落和功能组成变化，发现渗沥液中高浓度的有机物使短程硝化段和厌氧氨氧化段内异养反硝化菌相对丰度上升，Anammox受到难降解有机物抑制，其中Candidatus_Kuenenia菌属适应性较强，在驯化后仍然可以维持厌氧氨氧化系统较高的脱氮效果。
2021, 39(11): 119-126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111015
摘要:
通过酸热氧化修饰法在活性炭上负载锰氧化物，制得MnOx/GAC催化剂，并研究其催化臭氧氧化降解邻氯酚的性能。结果表明：在催化剂投加量为0.1 g/L，臭氧浓度为20 mg/L，气体流量为0.5 L/min，初始pH为6的条件下，反应120 min时，邻氯酚的TOC去除率可达到95%，比单纯臭氧氧化提高了55百分点。在一定范围内，增加臭氧浓度和气体流量可以加快反应速率，提高TOC去除率，但通入过量的臭氧反而会降低TOC去除率。探究了无机阴离子对于体系TOC去除率的影响，研究发现：1 mmol/L的NO3-、SO42-、Cl-对TOC去除率无明显影响，1 mmol/L Br-使体系TOC去除率降低了10%左右。pH是影响体系氧化能力的重要因素，在酸性条件下的TOC去除率远高于碱性条件下，这可能与催化剂表面官能团的作用和反应体系中无机碳的积累有关。此外，提出了催化剂表面羟基存在形式与pH之间的关系，以及不同羟基存在形式下催化臭氧分解产生的活性物种。
通过酸热氧化修饰法在活性炭上负载锰氧化物，制得MnOx/GAC催化剂，并研究其催化臭氧氧化降解邻氯酚的性能。结果表明：在催化剂投加量为0.1 g/L，臭氧浓度为20 mg/L，气体流量为0.5 L/min，初始pH为6的条件下，反应120 min时，邻氯酚的TOC去除率可达到95%，比单纯臭氧氧化提高了55百分点。在一定范围内，增加臭氧浓度和气体流量可以加快反应速率，提高TOC去除率，但通入过量的臭氧反而会降低TOC去除率。探究了无机阴离子对于体系TOC去除率的影响，研究发现：1 mmol/L的NO3-、SO42-、Cl-对TOC去除率无明显影响，1 mmol/L Br-使体系TOC去除率降低了10%左右。pH是影响体系氧化能力的重要因素，在酸性条件下的TOC去除率远高于碱性条件下，这可能与催化剂表面官能团的作用和反应体系中无机碳的积累有关。此外，提出了催化剂表面羟基存在形式与pH之间的关系，以及不同羟基存在形式下催化臭氧分解产生的活性物种。
2021, 39(11): 127-134.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111016
摘要:
考察玉米芯经草酸热裂解预处理后产生的热裂解液在单室空气型阴极微生物燃料电池（microbial fuel cell，MFC）中的降解及产电特性。玉米芯草酸热裂解预处理的最佳条件为：反应温度160℃，反应时间90 min，草酸用量（质量分数）2%时，可产生的还原糖浓度为0.44 g/g，固体消化率约为58%。当采用稀释20倍的酸式热裂解液时，MFC最大功率密度为278 mW/m2，产电周期约为120 h。使用不同浓度玉米芯酸式热裂解液的MFC对COD去除率均可达到90.0%以上，随着稀释倍数的降低，MFC库仑效率从18.6%降低至9.72%。MFC阳极微生物群落在属水平上，典型产电细菌Geobacter属的相对丰度最高达到3.40%；Klebsiella属在使用稀释20倍酸式热裂解液下的相对丰度达到41.6%。研究结果为强化玉米芯在MFC中的有效利用提供了参考。
考察玉米芯经草酸热裂解预处理后产生的热裂解液在单室空气型阴极微生物燃料电池（microbial fuel cell，MFC）中的降解及产电特性。玉米芯草酸热裂解预处理的最佳条件为：反应温度160℃，反应时间90 min，草酸用量（质量分数）2%时，可产生的还原糖浓度为0.44 g/g，固体消化率约为58%。当采用稀释20倍的酸式热裂解液时，MFC最大功率密度为278 mW/m2，产电周期约为120 h。使用不同浓度玉米芯酸式热裂解液的MFC对COD去除率均可达到90.0%以上，随着稀释倍数的降低，MFC库仑效率从18.6%降低至9.72%。MFC阳极微生物群落在属水平上，典型产电细菌Geobacter属的相对丰度最高达到3.40%；Klebsiella属在使用稀释20倍酸式热裂解液下的相对丰度达到41.6%。研究结果为强化玉米芯在MFC中的有效利用提供了参考。
2021, 39(11): 135-142,178.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111017
摘要:
为探究并优化浸渍热解法制备铁改性生物炭（MBC）活化过硫酸盐（PS）对有机污染物去除的试验条件及影响因素，以2，4-二硝基甲苯（2，4-DNT）为目标污染物，考察了热解参数（热解温度、升温速率和停留时间）、FeCl3浸渍浓度及初始pH值对2，4-DNT去除的影响，并采用电子自旋共振波谱技术及自由基猝灭试验鉴定了PS/MBC体系中生成的自由基。结果表明：1）热解温度对MBC活化PS去除2，4-DNT的影响最显著，其次为升温速率和停留时间；当热解温度、停留时间和升温速率分别为300℃、3 h和10℃/min时，热解制备的MBC对活化PS去除2，4-DNT的效果最佳；2）FeCl3浸渍浓度是影响MBC活化性能的重要因素，随着FeCl3浸渍浓度的升高，2，4-DNT的去除率先增后减，当FeCl3的浸渍浓度为100 mmol/L时，5 h内2，4-DNT的去除率可达到100%，2，4-DNT去除的准一级动力学常数（kobs）为1.373 min-1；3）当初始pH值为5.0~9.0时，2，4-DNT均具有较好的去除效果，其去除率为94.5%~83.6%，kobs为0.606~0.345 min-1；4）PS/MBC体系中生成的·OH是2，4-DNT去除的主要原因，其强度随MBC的热解温度和FeCl3浸渍浓度的不同差异较大。研究结果表明，浸渍热解法制备的MBC可有效活化PS实现污染物的高效去除，为PS化学氧化处理有机污染水体提供了新思路。
为探究并优化浸渍热解法制备铁改性生物炭（MBC）活化过硫酸盐（PS）对有机污染物去除的试验条件及影响因素，以2，4-二硝基甲苯（2，4-DNT）为目标污染物，考察了热解参数（热解温度、升温速率和停留时间）、FeCl3浸渍浓度及初始pH值对2，4-DNT去除的影响，并采用电子自旋共振波谱技术及自由基猝灭试验鉴定了PS/MBC体系中生成的自由基。结果表明：1）热解温度对MBC活化PS去除2，4-DNT的影响最显著，其次为升温速率和停留时间；当热解温度、停留时间和升温速率分别为300℃、3 h和10℃/min时，热解制备的MBC对活化PS去除2，4-DNT的效果最佳；2）FeCl3浸渍浓度是影响MBC活化性能的重要因素，随着FeCl3浸渍浓度的升高，2，4-DNT的去除率先增后减，当FeCl3的浸渍浓度为100 mmol/L时，5 h内2，4-DNT的去除率可达到100%，2，4-DNT去除的准一级动力学常数（kobs）为1.373 min-1；3）当初始pH值为5.0~9.0时，2，4-DNT均具有较好的去除效果，其去除率为94.5%~83.6%，kobs为0.606~0.345 min-1；4）PS/MBC体系中生成的·OH是2，4-DNT去除的主要原因，其强度随MBC的热解温度和FeCl3浸渍浓度的不同差异较大。研究结果表明，浸渍热解法制备的MBC可有效活化PS实现污染物的高效去除，为PS化学氧化处理有机污染水体提供了新思路。
2021, 39(11): 143-148.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111018
摘要:
吸附和电解是2种去除水中有机物的有效方法，为发挥吸附和电解对有机物的协同作用，将具有优良吸附导电性能的还原氧化石墨烯（RGO）与活性炭（AC）复合得到复合材料并将其黏附在Ti极片上，得到RGO/AC/Ti复合电极用于电解水中的甲基橙。利用SEM、FT-IR、BET、XRD、C-V、EIS等对复合材料及电极进行表征，考察了Ti、RGO/Ti和RGO/AC/Ti对甲基橙的电化学性能。结果表明：与RGO相比，RGO/AC的比表面积由318.1 m2/g增加到405.1 m2/g。相对于RGO/Ti，RGO/AC/Ti电极比电容值略有下降，但电容保持率提升。在电解质浓度为0.15 mol/L，极距为15 mm，电流为100 mA，pH为6时，Ti、RGO/Ti和RGO/AC/Ti电极对甲基橙的去除率分别达到48.1%、79.5%和88.8%，去除效果较好。
吸附和电解是2种去除水中有机物的有效方法，为发挥吸附和电解对有机物的协同作用，将具有优良吸附导电性能的还原氧化石墨烯（RGO）与活性炭（AC）复合得到复合材料并将其黏附在Ti极片上，得到RGO/AC/Ti复合电极用于电解水中的甲基橙。利用SEM、FT-IR、BET、XRD、C-V、EIS等对复合材料及电极进行表征，考察了Ti、RGO/Ti和RGO/AC/Ti对甲基橙的电化学性能。结果表明：与RGO相比，RGO/AC的比表面积由318.1 m2/g增加到405.1 m2/g。相对于RGO/Ti，RGO/AC/Ti电极比电容值略有下降，但电容保持率提升。在电解质浓度为0.15 mol/L，极距为15 mm，电流为100 mA，pH为6时，Ti、RGO/Ti和RGO/AC/Ti电极对甲基橙的去除率分别达到48.1%、79.5%和88.8%，去除效果较好。
2021, 39(11): 149-153,158.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111019
摘要:
针对印染废水含有难降解有机物，处理难度较高，仅通过生化处理难以实现达标排放的特点，对该废水先进行生化处理，经过膜生物反应器（membrane bio-reactor，MBR）系统出水，再采用三相Fenton催化氧化工艺对MBR出水进行处理。结果表明：生化段水力停留时间（hydraulic retention time，HRT）为22h时，MBR出水COD平均值为100.3 mg/L；出水NH3-N、TN、TP均达到GB 18918-2002《污水综合排放标准》一级A标准。调节MBR出水pH=3，H2O2投加量为200 mg/L，FeSO4投加量为200 mg/L条件下，反应HRT为2 h，Fenton催化氧化工艺出水COD为28.1 mg/L，色度为10.8倍，此时Fenton工艺吨水成本为1.01元/t。对进出水的三维荧光分析显示，污水含有较难生化降解的类芳香蛋白质物质，但Fenton催化氧化后仍能被有效分解。从处理效果和处理成本上看，生化处理和Fenton催化氧化组合工艺适宜该印染废水的处理，可为工程应用提供一定的借鉴意义。
针对印染废水含有难降解有机物，处理难度较高，仅通过生化处理难以实现达标排放的特点，对该废水先进行生化处理，经过膜生物反应器（membrane bio-reactor，MBR）系统出水，再采用三相Fenton催化氧化工艺对MBR出水进行处理。结果表明：生化段水力停留时间（hydraulic retention time，HRT）为22h时，MBR出水COD平均值为100.3 mg/L；出水NH3-N、TN、TP均达到GB 18918-2002《污水综合排放标准》一级A标准。调节MBR出水pH=3，H2O2投加量为200 mg/L，FeSO4投加量为200 mg/L条件下，反应HRT为2 h，Fenton催化氧化工艺出水COD为28.1 mg/L，色度为10.8倍，此时Fenton工艺吨水成本为1.01元/t。对进出水的三维荧光分析显示，污水含有较难生化降解的类芳香蛋白质物质，但Fenton催化氧化后仍能被有效分解。从处理效果和处理成本上看，生化处理和Fenton催化氧化组合工艺适宜该印染废水的处理，可为工程应用提供一定的借鉴意义。
2021, 39(11): 154-158.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111020
摘要:
以山东某钛白粉厂二级压滤出水为研究对象，通过自主设计的中试设备考察了催化臭氧氧化工艺与NaClO工艺对钛白粉废水处理情况，确定催化臭氧氧化的最佳工艺实验条件为：在室温条件下，催化臭氧氧化反应时间为60 min，臭氧投加浓度为125 mg/L。对原有NaClO工艺进行优化，优化后的最佳工艺为：NaClO投加量为1.2%，反应时间为30 min。当平均进水ρ（COD）与ρ（NH3-N）分别为109.7，12.8 mg/L，则催化臭氧工艺平均出水ρ（COD）与ρ（NH3-N）分别为43.5，3.8 mg/L，平均去除率分别为60%和70.4%，NaClO工艺平均出水ρ（COD）与ρ（NH3-N）分别为49.8，4.7 mg/L，平均去除率分别为54.5%和63.1%。在30 d内，催化臭氧氧化出水达标率为100%，NaClO出水达标率为26.7%，催化臭氧氧化处理费用为1.12元/t，NaClO处理费用为12元/t，催化臭氧氧化工艺相较于NaClO氧化工艺更适用于处理钛白粉废水。
以山东某钛白粉厂二级压滤出水为研究对象，通过自主设计的中试设备考察了催化臭氧氧化工艺与NaClO工艺对钛白粉废水处理情况，确定催化臭氧氧化的最佳工艺实验条件为：在室温条件下，催化臭氧氧化反应时间为60 min，臭氧投加浓度为125 mg/L。对原有NaClO工艺进行优化，优化后的最佳工艺为：NaClO投加量为1.2%，反应时间为30 min。当平均进水ρ（COD）与ρ（NH3-N）分别为109.7，12.8 mg/L，则催化臭氧工艺平均出水ρ（COD）与ρ（NH3-N）分别为43.5，3.8 mg/L，平均去除率分别为60%和70.4%，NaClO工艺平均出水ρ（COD）与ρ（NH3-N）分别为49.8，4.7 mg/L，平均去除率分别为54.5%和63.1%。在30 d内，催化臭氧氧化出水达标率为100%，NaClO出水达标率为26.7%，催化臭氧氧化处理费用为1.12元/t，NaClO处理费用为12元/t，催化臭氧氧化工艺相较于NaClO氧化工艺更适用于处理钛白粉废水。
2021, 39(11): 159-165.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111021
摘要:
为强化石化生化出水COD的去除，采用微絮凝砂滤-臭氧催化氧化工艺处理石化生化出水，比较了臭氧催化氧化反应器不同氧化方式和不同回流比组合方式下COD的去除，开展了臭氧催化氧化深度处理单元小试、中试和生产性规模研究，确立了以双级臭氧催化氧化Ⅰ级自回流工艺（回流比100%）为双级臭氧催化氧化推荐的优化工艺。生化出水ρ（COD）为70~120 mg/L时，微絮凝砂滤出水ρ（COD）达到65~113 mg/L，Ⅱ级氧化出水COD平均去除率达到35.0%~42.6%，出水满足GB 31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》排放限值要求。生产性试验条件下，优化工艺装置去除单位COD消耗臭氧量平均为1.04 g/g，比对照组现阶段生产工艺（仅Ⅰ级臭氧曝气）降低了21.2%。
为强化石化生化出水COD的去除，采用微絮凝砂滤-臭氧催化氧化工艺处理石化生化出水，比较了臭氧催化氧化反应器不同氧化方式和不同回流比组合方式下COD的去除，开展了臭氧催化氧化深度处理单元小试、中试和生产性规模研究，确立了以双级臭氧催化氧化Ⅰ级自回流工艺（回流比100%）为双级臭氧催化氧化推荐的优化工艺。生化出水ρ（COD）为70~120 mg/L时，微絮凝砂滤出水ρ（COD）达到65~113 mg/L，Ⅱ级氧化出水COD平均去除率达到35.0%~42.6%，出水满足GB 31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》排放限值要求。生产性试验条件下，优化工艺装置去除单位COD消耗臭氧量平均为1.04 g/g，比对照组现阶段生产工艺（仅Ⅰ级臭氧曝气）降低了21.2%。
2021, 39(11): 166-171.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111022
摘要:
生物活性炭工艺作为一种深度处理工艺，能够有效去除废水中的有机污染物，为了考察生物活性炭工艺对制药废水的深度处理效果，研究了高效降解菌对生物活性炭工艺污水处理效果的影响，并探讨了最佳运行参数。结果表明：高效降解菌的投加能够显著提高COD、氨氮等污染物去除效果。高效降解菌耦合生物活性炭工艺在填料填充度为80%，水力停留时间为10 h的工艺条件下，对COD、NH3-N、AOX的平均去除率分别为38.2%、77.8%和84.3%，出水优于GB 8979-1996《污水综合排放标准》三级标准。
生物活性炭工艺作为一种深度处理工艺，能够有效去除废水中的有机污染物，为了考察生物活性炭工艺对制药废水的深度处理效果，研究了高效降解菌对生物活性炭工艺污水处理效果的影响，并探讨了最佳运行参数。结果表明：高效降解菌的投加能够显著提高COD、氨氮等污染物去除效果。高效降解菌耦合生物活性炭工艺在填料填充度为80%，水力停留时间为10 h的工艺条件下，对COD、NH3-N、AOX的平均去除率分别为38.2%、77.8%和84.3%，出水优于GB 8979-1996《污水综合排放标准》三级标准。
2021, 39(11): 172-178.
doi: 10.13205/j.hjgc.202111023
摘要:
以某氯代烃污染场地地下水抽出方案为研究对象，利用数值模拟结合遗传算法展开优化研究，抽出处理的修复目标为在抽出360 d后地下水中ρ（CCl4）<1500 μg/L，优化的目标函数为总抽出量最小。模拟优化结果显示：采用恒定抽出模式时初始备选井位于污染羽中轴线的方案优于均匀式的布井方案；将360 d分为2个阶段优化后的总抽出量相比于恒定抽出时减少了8.3%；阶段划分越多，优化后的总抽出量越少，抽出井个数越多；将360 d的抽出时间分为4个阶段优化后，总抽出量相比于2个阶段的抽出量减少了2.8%，但第4阶段单日抽出速率只有274 m3/d，在保持总抽出量不变的情况下，增大第4阶段抽出速率至814 m3/d，可以将抽出时间缩短至300 d。
以某氯代烃污染场地地下水抽出方案为研究对象，利用数值模拟结合遗传算法展开优化研究，抽出处理的修复目标为在抽出360 d后地下水中ρ（CCl4）<1500 μg/L，优化的目标函数为总抽出量最小。模拟优化结果显示：采用恒定抽出模式时初始备选井位于污染羽中轴线的方案优于均匀式的布井方案；将360 d分为2个阶段优化后的总抽出量相比于恒定抽出时减少了8.3%；阶段划分越多，优化后的总抽出量越少，抽出井个数越多；将360 d的抽出时间分为4个阶段优化后，总抽出量相比于2个阶段的抽出量减少了2.8%，但第4阶段单日抽出速率只有274 m3/d，在保持总抽出量不变的情况下，增大第4阶段抽出速率至814 m3/d，可以将抽出时间缩短至300 d。
