基于氯、铁循环阴阳两极耦合同步去除难生物降解有机污染物及硝氮机制:以焦化废水生物处理出水为例

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基本信息

  • 批准号:
    21876052
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The concentrations of COD and nitrate nitrogen remain high in the effluent of the biologically treated industrial wastewater (such as coking wastewater) that is featured with high concentrations of organic matter and ammonia nitrogen, complex composition, and distinct biological toxicity. The traditional process for further removal of these pollutants usually needs the supplementation of multiple biological and advanced oxidation units, showing the drawback of high engineering and operating costs. Here, we propose to achieve simultaneous removal of biorefractory organic pollutants and NO3--N by a one-step cathode-anode coupled electrochemical process, which is mediated by the active elements like Cl and Fe available in the biologically pretreated coking wastewater. The research will mainly involve the following aspects: exploring the impacts of the selection of electrode material, the pH value, the type of electrolyte (with or without Cl¯) and Fe source and their concentrations, and the extent of applied current and operating time on the degradation of typical organic compounds and nitrate nitrogen; unraveling the mechanism of the enhanced electron utilization efficiency by the cathode-anode coupled electrochemical process; identifying and regulating the key electron transfer pathway that governs the simultaneous carbon and nitrogen removal based on the redox cycle of Cl and Fe; analyzing and evaluating the performance of the electrochemical system towards the treatment of real biologically pretreated coking wastewater in terms of degradation and energy efficiencies. The output of this research project is expected to provide theoretical knowledge for the application of electrochemical technology in the advanced treatment of industrial wastewater and offer technical insights into the design, construction and operation of energy-saving and efficient electrochemical reactors.
浓度(有机物及氨氮)高、成分复杂、生物毒性强的工业废水(如焦化废水)生物处理后出水中仍然含有较高浓度COD和硝氮,传统工艺用于上述污染物进一步削减需要辅以多个生物或高级氧化单元,呈现出工程造价及运行费用高的弊端性。本项目以焦化废水生物处理出水为例,旨在通过原位利用其中的活性元素如氯、铁,构建基于氯、铁循环的阴阳两极耦合电化学反应器实现难降解有机污染物与硝氮同步去除。重点研究电极材料种类、溶液pH、电解质类型(是否含氯)及浓度、铁源种类及浓度、施加电流大小和运行时间长短等参数对典型有机物及硝氮降解的影响规律;明确阴阳两极耦合促进电子利用效率的机制;识别并调控基于氯、铁循环同步除碳脱氮的关键电子转移途径;分析并评价作用于实际焦化废水生物出水处理的电化学系统效能。项目的顺利开展,将为电化学技术应用于实际工业废水生物出水深度处理提供理论支撑,为节能、高效性电化学反应器设计、构筑和运行提供技术借鉴。

结项摘要

通常,工业废水(如焦化废水)生物处理后出水中仍然含有较高浓度COD和硝氮,传统工艺用于上述污染物进一步削减需要辅以多个生物或高级氧化单元,呈现出工程造价及运行费用高的弊端性。本项目以焦化废水生物处理出水为例,构建了阳极氧化−阴极还原耦合系统,利用废水中自有物质(如Cl–、HCO3–)循环促进活性物种ClO•生成,实现了焦化废水生物出水中的生物难降解有机物和硝酸盐同步去除。例如,在37.5 mA cm–2的电流密度下,选择PbO2及Cu-Zn为阳极和阴极,经6小时电解,可从焦化废水生物出水中去除87.8%的COD(起始浓度228 mg L−1)和86.5%的总氮(起始浓度76 mg L−1)。揭示了铁电絮凝与电氧化耦合、H2O2与电产活性氯耦合实现酚类废水中污染物高效去除及氯代副产物削减机制,通过原位光谱/色谱/理论计算,为电化学原位产生活性氯物种转化为Fe(IV)以及1O2提供证据。提出了高反应活性及稳定性电极材料表面改性与合成方法,阐明了金属电极表面自活化/自重构理论及其作用于废水中硝氮定向转化成氨机制。从反应器及阳极材料设计两个层面提出了将HO•转化为氯自由基策略,用以强化氨氮到氮气选择性转化,实现总氮高效去除。项目的顺利开展,为电化学技术应用于实际工业废水生物出水深度处理提供理论支撑,为节能、高效性电极材料及电化学反应器设计、构筑和运行提供技术借鉴。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Bipolar Membrane-Integrated Electrochlorination Process for Highly Efficient Ammonium Removal in Mature Landfill Leachate: The Importance of ClO• Generation
双极膜集成电氯化工艺可高效去除成熟垃圾渗滤液中的氨:ClO™ 生成的重要性
  • DOI:
    10.1021/acs.est.2c05735
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Wenjie Kuang;Zhang Yan;Jinxiu Chen;Xiaotang Ling;Wenxiao Zheng;Weijun Huang;Chunhua Feng
  • 通讯作者:
    Chunhua Feng
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  • 作者:
    Sheng Liang;Xiaoting Hu;Haolin Xu;Zhenchao Lei;Chaohai Wei;Chunhua Feng
  • 通讯作者:
    Chunhua Feng
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-05-07
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Liang, Sheng;Zheng, Wenxiao;Feng, Chunhua
  • 通讯作者:
    Feng, Chunhua
Transforming Ni‐Coagulated Polyferriertic Sulfate Sludge into Porous Heteroatom‐Doped Carbon‐Supported Transition Metal Phosphide: An Efficient Catalyst for Oxygen Evolution Reaction
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  • DOI:
    10.1002/ente.201900995
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Energy Technology
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Ge Li;Tonghe Zhu;Yali Ye;Sheng Liang;Weijian Duan;Wei Hong;Chunhua Feng
  • 通讯作者:
    Chunhua Feng
Self-Activated Ni Cathode for Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia: From Fundamentals to Scale-Up for Treatment of Industrial Wastewater
用于电催化硝酸盐还原成氨的自激活镍阴极:从基础到放大工业废水处理
  • DOI:
    10.1021/acs.est.1c02278
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Wenxiao Zheng;Liuyi Zhu;Zhang Yan;Zichao Lin;Zhenchao Lei;Yifan Zhang;Haolin Xu;Zhi Dang;Chaohai Wei;Chunhua Feng
  • 通讯作者:
    Chunhua Feng

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
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AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
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          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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