关键词： 污水处理   催化剂   静电纺丝法   高级氧化  

摘要： 全球清洁水资源日渐紧缺，污染水体的治理日渐成为人们关注的焦点。持久性有机污染物对人体健康和生态环境具有严重的危害。高级氧化技术(AOPs)是一种新兴的绿色高效技术，可以将难降解的大分子有机污染物分解为水和二氧化碳。设计研究非均相催化剂成为AOPs技术发展的关键问题。静电纺丝法由于其组分可控、形貌均一等优点被广泛运用于碳基底材料与金属活性中心的复合制备，而过渡金属催化剂（Fe、Mn、Cu和Co等）具有价态灵活、组分可控、成本低廉等特点，是活化过一硫酸盐(PMS)和原位生成活性氧(ROS)的最有效方法之一。本论文通过静电纺丝法构建双金属与碳基底复合的一维纳米材料用于环境治理，并研究了所开发催化剂的结构性质，催化特性以及机理机制。具体研究内容如下：　　（1）普鲁士蓝类似物(PBAs)作为粉末催化剂在活化PMS时容易造成团聚，引入碳基底材料时金属颗粒尺寸难以控制分布不均，本研究将PBAs作为纺丝前体，采用静电纺丝技术以及程度控温热处理方法制备了超细高分散等离子体FeNi3限域碳纤维催化剂(FeNi3@CNF)。通过调整纤维前驱体中PBAs的用量和热处理温度来控制合金FeNi3在碳纳米纤维中的分布和浓度。这种独特的结构结合了掺杂N的碳纤维丰富的内部孔隙率和具有高暴露反应位点的均匀活性FeNi3合金的优点，有利于催化氧化过程中电子的传输和反应物分子的吸附。最优催化剂FeNi3@CNF通过快速过硫酸盐活化生成四种活性物质，从而赋予了对双酚A（BPA）的超快速降解活性。具体而言，20mgL-1的双酚A可在4分钟内完全降解，反应速率常数为2.736min-1。令人印象深刻的是，通过在电纺丝中创新性地利用普鲁士蓝前驱体，最优催化剂FeNi3@CNF与Fe@CNF、Ni@CNF和Feamp;Ni@CNF相比，在降解双酚A方面的活性分别提高了18.5、101.3和248.5倍，揭示了双金属合金催化剂在活化PMS方面的显著协同作用。此外，还模拟了FeNi3@CNF在光照下催化性能的改善，证实了质子合金和碳纤维增强的光热转换能力促进了双酚A的降解。　　（2）上述工作对碳纤维中的金属颗粒尺寸与分布进行深入了研究，但如何在原位微调双金属物种和金属支撑相互作用，以控制其相结构或表面特性，从而实现精确PMS激活并没有系统的研究。因此本研究通过改变金属前驱体组成(Co/Fe比为1/1,1.5,2,3)，通过静电纺丝和可控石墨化，可以实现Co7Fe3合金纳米晶或尖晶石状CoFe2O4在氮掺杂多孔碳纤维中的变换形成。铁的加入作为反应中心和主要活化剂在多孔碳网络的形成中发挥了双重作用，从而提高了对催化位点的可接近程度和四环素(TC)的扩散效应。所得材料的催化活性与表面金属价态和组成密切相关。值得注意的是，CoFe2O4在PMS的吸附和活化方面表现出了显著的改善，这是由于存在缺电子的Co和Fe协同位点以及有趣的Jahn-Teller效应。Fe1Co2/CNF降解TC的效率最高，反应速率常数为0.4647min-1，活化能为9.3kJmol-1，比Fe1Co3/CNF(0.062min-1)提高了近7.5倍。反应机理和活性氧化物质的作用揭示了?SO4-、?OH、?O2-和1O2的协同作用。此外，在过氧单硫酸盐(PMS)相互作用过程中，Fe1Co2/CNF系统中的电子转移途径得到了加强。此外，我们揭示了TC的降解途径，并评估了各种中间副产物的毒性。重要的是，我们的连续流型TC降解工艺表现出一致的性能，从而为处理高浓度抗生素废水提供了一种有前途的方法。　　（3）上述两项工作研究了碳纤维中金属物种及尺寸分布的影响因素，但在前驱体盐分子量对碳纤维中形成金属颗粒的影响方面留有盲区，且对催化剂的研究停留在实验室阶段，需要向整体式、自适应式发展。本研究中，采用静电纺丝与热解技术，改变纺丝前驱体盐的种类，在多孔碳纤维中包裹钴纳米颗粒与无定形的锰氧化物。值得注意的是，前驱盐的相对分子质量影响了碳纤维中金属颗粒的大小及传质状态。优化后的CM/CNF-C催化剂具有更细密的孔隙结构，众多的活性位点以及优异的电子传输能力。CM/CNF-C具有强大的协同催化能力和显著的PMS活化能力，生成包括?SO4-、?OH、?O2-和1O2活性物质。CM/CNF-C具有具有较低的活化能(50kJmol-1)、增强的电子转移机制，与预期一致，它促进卡马西平在四分钟内快速降解。碳纤维材料与聚酯纤维海绵的多功能复合整体式材料能实现光热转换协同催化与催化剂的高效回收，同时表现出良好的可重复性及普适性，从而为整体式催化剂在实际污水处理中的应用提供了一种行之有效的策略。

关键词： 地下污水处理厂   结构设计   传统设计方法   有限元法   性能比较  

摘要： 地下污水处理厂的结构设计对城市污水处理系统的稳定性和运行效果至关重要。本文通过对比传统设计方法和有限元法在地下污水处理厂结构设计中的应用，深入分析两者的优缺点。传统设计方法以经验和静力学为基础，虽然简单易懂，但在处理复杂结构时存在一定局限性。相较之下，有限元法通过数值分析具有更高的精度和灵活性，尤其在处理多因素耦合问题时表现优越。通过评估两种方法在实际工程中的应用，本研究旨在为地下污水处理厂结构设计提供参考，以优化设计效率和提高结构性能。

关键词： 厌氧生物技术   工业废水处理   污水处理   UASB处理技术  

摘要： 厌氧生物技术作为一种新兴的废水处理技术，因其能耗低、处理效果好、污泥产量少等优点而得到广泛应用。该技术主要利用厌氧微生物在无氧或低氧环境下对有机物进行分解和转化，最终实现废水净化的目的。在工业废水处理中，厌氧生物技术具有突出优势。基于此，本文对厌氧生物技术的原理、优缺点和常见技术进行分析，并对其在现代工业废水处理中的应用及相关影响因素进行探讨。

摘要： 国内工业化、城市化发展进程的加快，对增强国民环保意识、促进环保事业发展有着极大助力。特别是“十四五”以来，国家层面对轻工、化工、钢铁、电力等重工业的污染治理管控力度持续增大，为城镇垃圾、污水、工厂废物等集中处理投入大量基础设施建设经费，拉动环保产业整体发展的同时，基本形成了一套完整的跨区域、跨行业、跨产业的环保产业体系。

关键词： 菌藻共生   膜生物反应器   脱氮除磷   膜污染  

摘要： 将菌藻共生技术和膜生物反应器(MBR)结合构建的菌藻-膜生物反应器(AMBR)可实现高质量出水,但膜污染问题仍是限制AMBR技术推广和应用的瓶颈。现如今,电化学技术常作为控制膜污染的有效手段被应用于MBR工艺中,其可在减缓膜污染的同时提升污染物的去除效率,对此,本研究将电化学技术引入AMBR中,采用石墨惰性阳极和铝阳极分别构建了单独电场作用下的菌藻MBR(E-AMBR)和电絮凝强化的菌藻MBR(EC-AMBR),以未加电场AMBR作为对照,研究了E-AMBR和EC-AMBR污水处理效果和膜污染情况,分析了系统运行过程中菌藻混合液特性及微生物群落结构演替规律,结合关键膜污染物与膜表面的界面作用解析分析了菌藻混合液的膜污染潜力,得到以下结果: 污水处理效果和膜污染分析结果表明:与AMBR相比,E-AMBR和EC-AMBR系统的总氮去除率分别提高了13.03%和30.37%,E-AMBR和AMBR相比,磷去除效果提升了26.87%,EC-AMBR对总磷的去除率高达95%以上。E-AMBR和EC-AMBR系统的膜孔污染阻力分别降低了56.83%和71.80%。此外,E-AMBR和EC-AMBR中膜表面泥饼层结构具有更高的孔隙率,说明E-AMBR和EC-AMBR系统可在提升氮磷去除效果的同时减缓膜污染的发生。 菌藻混合液特性及微生物群落结构分析结果表明:E-AMBR和EC-AMBR中溶解性微生物产物(SMP)与松散结合的微生物胞外聚合物(LB-EPS)含量与AMBR相比明显降低。E-AMBR和EC-AMBR中SMP浓度分别下降了37.27%和61.96%,LB-EPS浓度则分别降低了46.41%和78.79%。在E-AMBR和EC-AMBR中,微生物内源呼吸速率和藻类光合作用强度也得到有效提升。在微生物群落中,细菌群落中拟杆菌门(Bacteroidota)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和厚壁菌门(Firmicutes)等种群相对丰度较高,藻类群落中的绿藻门(Chlorophyta)共同为污水处理效果提升与膜污染减缓做出贡献。 菌藻混合液膜污染潜力分析结果表明:E-AMBR和EC-AMBR系统中SMP和EPS与膜之间的黏附力和AMBR相比均有效减弱,同时,二级能量最小值也均有所降低,此外,E-AMBR、EC-AMBR系统中菌藻絮体与膜之间的粘附作用也有效减弱,菌藻絮体和泥饼层之间的二级能量最小值相比AMBR分别降低了26.73%和42.56%,说明E-AMBR和EC-AMBR系统可有效削减关键膜污染物的膜污染潜力,实现膜孔和膜面污染的同步控制。 综上,E-AMBR和EC-AMBR通过将电化学技术与菌藻-MBR技术结合,实现了污水处理效能的提升和膜污染的缓解。本研究为污水同步高效去除脱氮除磷和膜污染的控制提供了理论基础和技术途径。