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【科研速递】生科院金仁村教授团队发表废水资源化处理最新研究成果

来源 : 宣传部、生科院     编辑 : 邱璐、黄宝成     时间 : 2020-10-02      点击 : 363

日前,生科院金仁村教授团队在废水资源化处理研究方面取得新进展,研究成果分别在Renewable & Sustainable Energy Reviews(IF:12.11)和Chemical Engineering Journal(IF:10.652)上发表。

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金仁村(一排右二)、黄宝成(二排左二)与学生合影


近年来,随着环保投入的不断加大,我国的水生态环境质量已得到了显著提升和改善。当前,我国污水总处理规模已位居全球前列,但污水处理过程存在着高能耗、高物耗的问题,整体的环境可持续性不容乐观。如何让污水处理更加经济、绿色,成为了生科院水体污染修复团队孜孜以求的课题。

“废水中含有的污染物是’放错了地方的资源’,具有重要的回收价值。” 金仁村教授表示。多年来,他一直从事废水生物处理和环境生物技术方面的研究工作。在他的带领下,团队4名老师、10名研究生一直在探索如何将废水“物尽其用”的绿色方法。

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全球城市污水有机碳能回收潜力示意图


“废水中的有机碳通常被认为是污染物,但它也是一类富含能源的物质,如果能合理回收、转化,还能带来可观的电能。” 团队成员黄宝成博士告诉记者。针对城市污水中有机碳类污染物,团队总结分析了当前不同碳分离和回收技术应用的可行性和效能,评估了全球城市废水中有机碳能的回收潜力,并在此基础上,提出了基于能源回收和物质循环利用的“污水碳处理新模式”。

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全流程碳资源回用模式示意图


在传统的污水处理模式中,往往需要消耗大量的电能,还需使用大量的化学药剂。而黄宝成博士口中的新模式是由多个单项技术组合而成的集成系统,这套集成处理工艺在实际投入使用过程中,不仅可以实现能源收支平衡,甚至还有望向外界额外输出电能,而且整个过程化学药剂的使用量也会明显减少,可谓“经济又环保”。可以说,这一新模式为废水的可持续处理提供了新思路。

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研究成果在Renewable & Sustainable Energy Reviews上发表


上述研究成果以“Envisaging wastewater-to-energy practices for sustainable urban water pollution control: Current achievements and future prospects”为题,在Renewable & Sustainable Energy Reviews上发表。黄宝成博士为论文第一编辑,金仁村教授和中国科学技术大学俞汉青教授为通讯编辑。

除了有机碳,废水中的磷酸盐也是另一种具备回收价值的不可再生资源,且随着近年来的磷酸盐全球储量日益下降,磷短缺危机迫在眉睫。而在污水处理厂出水和湖水、河水等微污染的地表水中,都含有一定量的磷酸盐,如能对这部分磷酸盐进行回收,不仅有助于实现磷酸盐的循环,还能降低水体发生富营养化的风险。但是,目前针对低浓度磷酸盐废水,低成本、高效率的回收方法的研发与应用仍面临巨大挑战。

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制备得到的La/C纳米棒及“吸附-过滤”双功能PVDF膜


因此,团队在前期工作的基础上,通过在材料制备工艺上的优化改进,成功获得了具备高磷酸盐吸附能力的氧化镧纳米棒(La/C)。相关测试分析表明,该新型纳米吸附材料具有良好的pH使用范围,适用于不同水体的处理处置。为了进一步解决在使用过程中纳米吸附材料的回收问题,课题组将该材料混合进PVDF滤膜中,制备得到了同时具备过滤截留和磷吸附的双重功能的复合滤膜,从而实现在废水过滤处理的同时,其中的磷酸盐得到同步去处和回收的目标。

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研究成果在Chemical Engineering Journal上发表


“大家用杭州七格污水厂出水、杭州余杭塘河水和杭师大仓前校区池塘水进行了过滤测试,结果发现,大家团队研发的PVDF复合滤膜对低浓度磷酸盐(约0.2 mg/L)的回收效率达到了85%以上。如果有一天,把回收到的磷酸盐用于农业种植,或许能一定程度缓解当下的磷酸盐短缺问题。”黄宝成博士说。

研究成果以“Phosphorus removal from diluted wastewaters using a La/C nanocomposite-doped membrane with adsorption-filtration dual functions”为题发表在Chemical Engineering Journal上,生科院硕士研究生夏雯静为第一编辑,黄宝成博士为通讯编辑。

上述两项工作得到了国家自然科学基金以及浙江省自然科学基金项目资助。

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