城市污水厂出水中有机污染物的富集-催化处理新方法的研究

This project aims to find a solution to effectively remove trace organic pollutants in the effluent the municipal wastewater treatment plants (MWTP) and to promote the water reclamation and reuse practice in our country. We are planning to detect, analyze and evaluate the structure, species and composition of various trace organic pollutants in MWTP, and then design and prepare specific photo-electrochemical catalytic materials for their efficient removal. The interfacial structure, reactive sites and electron transfer routes involved in the enrichment and catalysis process will be investigated. New techniques based on the use of nanomaterials will be developed to improve the enrichment capability and catalytic conversion efficiency of the catalysts towards trace organic pollutants; The mechanisms of pollutant adsorption and transformation will be explored; and a new process for efficient elimination of trace organic pollutants in MWTP effluent by in-situ “adsorption-photoelectrochemical transformation” will be developed. This project may provide promising new methods and technologies for MWTP to achieve water reuse.

本项目从我国城市污水再生处理的实际需求出发，围绕城市污水处理厂出水中有机微污染物的高效去除问题，拟开展检测、分析和评估城市污水处理厂出水中有机污染物的结构、形态、组份特征等工作，并在此基础上设计和合成有针对性的光、电催化材料，研究有机微污染物的吸附、催化反应过程中表面/界面的结构、活性中心及电子转移规律，提高催化材料对污水处理厂出水中有机微污染物的高容量富集及催化转化效率，发展基于纳米材料高效富集与无害化转化的新体系和新方法，阐明有机微污染物在上述体系中富集和转化的原理和规律，建立城市污水处理厂出水中有机微污染物高效去除与原位“富集-光电转化”一体化处理的新方法，为城市污水处理厂出水回用处理提供新的方法和技术。

在国家自然科学基金重点项目（编号：51538011）的资助下，项目组围绕城市污水处理厂出水中有机微污染物的高效去除方法问题，针对其属性先设计了一系列具有特殊形貌、结构/能带、接触面积大和活性位点多的纳米催化材料，结合研发的如光、电、光电及与吸附耦合型、过硫酸盐与原位有机芬顿等非均相催化氧化新技术实现了二级出水的深度净化；项目也深入解析了催化反应的表界面、活性中心、有机污染物的吸附-降解的动力学和热力学过程、降解和产物演变规律；同时建立了吸附-光/电催化反应器的数学模型，反馈指导反应器和光/电纳米催化剂的优化设计，为新方法的推广创造了条件；结合膜污染成因分析、控制与抗污染策略开展系统性膜技术应用有机污染工作。项目顺利完成了各项研究内容，达到了预期研究目标。项目的研究成果能够为污水处理厂出水中有机污染物的高效去除、实现污水回用提供理论依据和技术指导。该项目资助成果已在国际SCI刊物发表论文85篇，授权国家发明专利6项，申请国家发明专利4项，培养硕士生、博士生和博士后共19人。