有机废水微生物电化学净化机制与能源回收方法-哈尔滨工业大学
国家科学技术奖励公示材料
学科专业评审组：
项目名称： 有机废水微生物电化学处理机制与能源回收方法
推荐专家意见： 姓名：岳国君
工作单位：中粮集团
技术职称：研究员
学科专业：环境工程
推荐专家意见：该项目针对应用百年来活性污泥法污水处理技术中能耗高、污泥量大的问题，基于微生物燃料电池原理，研发出了微生物电化学废水处理技术，以阐明微生物电化学系统中污染物高效转化与同步产能过程与机制为目标，解决了有机物定向转化规律、系统构建、运行调控等过程中的一系列关键科学与技术问题，取得了一系列突破性的研究成果。该项目研究内容均是该技术应用中重要的需解决的关键问题和前提，技术应用后预期将大幅削减废水处理能耗，并产生多种高附加值的产品，符合国家当前及未来生态环境保护规划和节能减排国家政策，对缓解当前我国巨大的环境污染治理压力将会有重大贡献。
该研究团队研究水平高，创新能力强，在国内外具有较高的学术声誉，一直领跑该方向的研究，是国际上该领域重要的研究力量，对于推动该技术在水处理行业的发展与应用做出了重要贡献。
鉴于上述，本人特此向国家自然科学奖评审委员会郑重推荐该项目申报国家自然科学二等奖，希望给予支持！
姓名：张杰
工作单位：哈尔滨工业大学
技术职称：教授
学科专业：环境工程
推荐专家意见：该项目围绕微生物电化学系统（MES）用于有机废水处理中的关键科学与技术问题，在国际上率先开展了系统中有机污染物高效降解与电子定向转移机制研究，提出了有机物梯级转化资源化路径，取得了一系列创新性研究成果，实现了水中有机物梯级转化与能源资源回收，并揭示了微生物学与电化学耦合调控机制。申请人提出了通过材料表面改性获得较高电荷传递效率的研发思路，获得了低成本、可规模化使用的新材料，阐明了若干有机物在MES中的转化机制。这些研究成果为MES理论发展与技术应用提供了重要的依据和基础。
该项目团队的研究已在国际上产生了深度的学术影响，发表多篇高水平学术论文，所发表的学术论文受到广泛关注和认可。该团队组织召开了首届亚太地区MES会议，研究队伍负责人担任国际微生物电化学学会理事会理事及国际水协会会士，对推动微生物电化学系统技术理论研究及实现其在污水处理中的能源化利用发挥了重要的引领作用。
基于此，我推荐该项目申报国家自然科学奖 二 等奖。技术研发与实现其在污水处理中的能源化利用具有重要的引领作用。
姓名：俞汉青
工作单位：中国科学技术大学
技术职称：教授
学科专业：环境工程
推荐专家意见：随着我经济的快速发展，我国已经成为污水年均排放量最大的国家。实现节能减排已经成为国家重点战略之一，低碳节能的污染物转化技术已经成为环境科学与工程的国际发展趋势。污染物定向转化与资源、能源回收已成为未来国际上污水处理主要发展趋势。微生物电化学技术作为一项新型的污染物定向转化技术尚存在诸多亟待突破的科学问题，本项目正是围绕微生物电化学系统梯级利用有机污染物定向转化产氢/产电过程的关键科学问题，在污染物定向降解转化强化产能、胞外电子转移与定向调控、多元耦合系统构建与调控机制等方面取得了一些重要突破，为微生物电化学系统实现污水处理能源化提供了重要理论依据。
哈工大的微生物电化学研究团队是我国在在该领域最早开展微生物电化学技术的理论与技术研究的团队，在科学理论、技术开发和规模化示范等方面均取得了大量创新成果，培养了一批该领域的领军人才和创新人才。
综上，我推荐该项目申报国家自然科学奖 二 等奖。
项目简介： 1、研究背景及意义
该项目属于环境科学技术领域，主要涉及废水微生物电化学处理技术的基础研究。
现行的污水处理技术的应用已超过100年，为解决全球水污染做出了重大贡献。但处理能耗高、污泥量大、水中资源未得到回收利用一直没有得到有效解决，已成为世界性难题。污水处理不再是仅仅将污染物从水中去除或转移，而是将污水看做是一种“使用过的资源”，在完成水体高效净化的同时实现水中资源、能源回收，这一转变已成为国际上废水处理的重要趋势。但废水中有机物含量低、水质复杂，资源回收难度大，是制约该方向发展关键难题。本团队研发出了微生物电化学废水处理及能量回收技术，围绕系统电子转移机制和作用原理，系统开展了如下的研究工作：（1）电极生物膜的形成机制、微生物群落结构与效能；（2）新型电极材料制备原理和微界面调控机制；（3）微生物电化学过程与有机物作用机理，并取得了一系列研究成果。
2、主要科学发现点
发现点1：提出了微生物电化学增强的复杂有机物梯级转化同步产氢的学术思想，阐明了电极活性微生物胞外电子传递规律和菌群互作机制。突破了传统生物处理过程中复杂底物细菌发酵产氢普遍存在的“代谢障碍”，提出了“乙醇型发酵—微生物电解”耦合废水处理同步产氢模式，实现了产氢能力接近生物质利用的理论极限，实现了系统内驱动、能量自平衡与资源回收，大幅度提高了有机物转化率和能源回收效率，为微生物电化学系统的发展提供了重要理论支撑。
发现点2：发现了微生物电化学系统中影响电子传递的关键因素，阐明了电子传递调控机制。发现了电极材料微界面对微生物电子传递的影响规律，革新了评价电极材料性能的传统模式，建立了微界面调控方法；发现了恒电位条件下电化学活性微生物富集及胞外电子定向转移规律，阐明了温度调控功能菌群的基本原理，从材料、化学、生物学原理上阐明了微生物电化学系统中电子转移调控机制，为微生物电化学系统调控提供了有效工具。
发现点3：发展了高效微生物电化学系统构建方法，阐明了微生物电化学过程与有机物作用机理。发现了系统内阻是影响MES传质效率、有机物转化效率及能源回收的关键因素，发展了降低系统内阻、提高电子转移效率的系统构建方法，获得了有机废水高效处理及能源化的工艺参数，研发出了与废水适配的核心材料与设备，为推进微生物电化学技术处理实际废水提供了重要的技术基础和保障。
3、学术成果及价值
本研究共发表SCI论文54篇， 8篇主要论文SCI他引总数741次（他引总计1185次），最高影响因子25.427, 平均影响因子7.98，授权国家发明专利4项。基于该团队在国际上的影响力，团队成员被邀请主办过三次生物电化学领域国际学术研讨会，负责人被邀担任国际生物电化学学会理事及国际水协会（IWA）Fellow。
客观评价： （1）在生物电化学系统梯级利用有机污染物定向转化产氢/产电新模式方面，针对复杂有机碳源普遍存在的“发酵障碍”问题，我们率先提出了有机物梯级利用回收生物能源的理念，得到了国际同行的积极认可。美国工程院院士Bruce Rittmann教授在Cell子刊《Trends in Biotechnology》（2010, 28, 262-271）上撰写综述，高度肯定了这一成果，认为“一个可能的选择是利用微生物电解电池（MECs）增加BioH2的产量，利用暗发酵和MES组合技术，如果MES能够捕获80%的电子，氢气产率可以提高到81%，最近发表的论文（指本团队发表的论文）显示了这种组合的潜力”。美国工程院院士Bruce E. Logan教授在其发表于Nature（2012, 488: 313-319）和Science（2012,
335: 1474-1477）的论文中指出了我们将MEC与暗发酵产氢耦合和MEC与MFC耦合的思路和理念，评价指出新工艺将复杂的有机物发酵转化成可溶性有机物具有积极的意义。中科大俞汉青教授多次引用并积极评价相关成果，充分肯定研究中提出的MEC强化生物制氢，并在Energy Environ. Sci.（2014, 7: 911-924，影响因子25.427，附件2-6）以及Chemical Society Reviews（2014, 43: 7718-7745，影响因子34.09，附件2-5）等知名杂志上予以引用。丹麦技术大学的Angelidaki 教授在 Biotechnology for Biofuels（2015, 8: 3，影响因子6.44）上发表的文章中也认可了本文观点并予以引证，并进一步佐证了该结论的现实意义。
（2）在微界面调控实现电子高效转移方面，本研究关于科学发现2（微界面调控）的两篇论文（ES&T, 43, 6870-6874, 2009；J Power Sources, 195: 1841-1844, 2010）入选环境/生态领域和工程领域ESI近十年前1%高被引论文，所开发的材料得到了世界范围内著名研究小组的认可，被广泛应用于MES研究中。2010年ES&T（44:
1490-1495）中刊登的研究论文认为“燃料电池专用的碳布价格非常昂贵（1000美元/m2）。近期的研究（代表性论文1）报道了一种非常有前途的低成本碳纤维布材料，它的发现能够克服阳极成本过高的问题（10-40美元/m2）”。Nano Letter副主编、斯坦福大学Cui Yi教授在Energy Environ Sci（2012，5，6862-6866）上发表文章肯定了我们提出的基于热处理的电极微界面调控方法，认为“为了提高（MES电极）性能，惰性石墨电极表面必须进行化学处理或者热处理”。ES&T副主编、ES&T Lett主编，美国工程院院士Bruce Logan在Appl. Microbiol. Biotechnol.（2010, 85: 1665-1671）的一篇邀请综述中对我们的工作评价为“先前使用碳刷阳极的研究中，通常对阳极材料进行高温氨处理，然而（Feng等发现）单加热的方法足以使碳刷表面的生物电化学条件满足要求”。Bruce Logan教授在2012年发表的一篇Science论文（335,
1474-1477）中也使用了本文中提出的阳极预处理方法。Energy Environ.Sci.编委Uwe
Schröder教授在J Solid State Electrochem (2011, 15:1481-1486)出版的一篇仅有5页的题为“发现可行性：生物电化学系统复兴及其百年发现”的短文中报道了我们的工作：“….通过预处理增加电极的生物相容性（附件2-1）”。
（3）在电位调控加速微生物胞外电子转移强化污染物转化方面，针对构建和调控高效的微生物电化学系统，探索快速有效的启动调控策略是富集高效活性阳极电化学活性菌群的关键技术。本研究创新点“电化学调控”的论文（Electrochim. Acta,
2009）于2012被评为年进入该杂志前25篇高引论文（Top-25 Cited），并被2012年国际电化学协会年会选作展示成果。该文发表后被Chem. Soc. Rev.（2012, 41:
7228-7246，影响因子34.09），ES&T, Appl. Environ Microbiol.（XX）等化学与环境领域的SCI杂志他引用，其中美国工程院院士Bruce E. Logan等在发表于Environ. Sci.
Technol. （Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 6036-6041，附件2-3; Environ. Sci. Technol.,
2011, 45: 5025-5031）的多篇论文中报道我们构建的快速启动方法，积极阐述了电压作为选择性压力对微生物种群的影响的重要规律，并指出该方法是驯化混合菌群的有效方法。美国亚利桑那州立大学生物设计研究中心的Cesar I . Torres、美国工程院院士Bruce Rittmann教授等在其发表于Environ. Sci. Technol.（2009, 43: 9519-9524）的论文中引用相关成果，着重介绍本文采用较高的固定电位较快积累阳极环境功能菌群并快速启动微生物燃料电池，同时指出阳极电位对电流密度以及反映其启动快慢具有十分重要影响。哈佛大学Girguis P R和清华大学黄霞教授等在发表于Environ.
水处理工艺污水处理A-O方案
污水处理A-O方案
污水处理中的“AB法”工艺，简言之就是分作A和B“两阶段曝气”处理工艺，每个阶段都有相互隔离的和独立的曝气过程和泥水分离过程，对于活性污泥的回流，也是相互隔离的，A段沉淀池所产生的活性污泥回流到A段曝气池，B段沉淀池所分离出来的活性污泥回流到B段曝气池内。
1.“A B 法”
一、“AB法”工艺的由来
AB工艺是吸附―生物降解（Adsorption--Biodegradation）工艺的简称。这项污水生物处理技术是由德国某工业大学卫生工程学院的Botho Bohnke教授为解决传统的二级生物处理系统：即：预处理→初沉池→曝气池→二沉池。早期污水处理工艺，所存在的去除难降解有机物和除氮脱磷效率低下，及投资和运行费用过高等问题，在对两段活性污泥法和高负荷活性污泥法进行大量研究的基础上，于70年代中期所开发，80年代初开始应用于工程实践的一项新型污水生物处理工艺。
二、“AB法”工艺在我国的历史： AB法工艺在我国的研究和应用大致经历了以下三个阶段：
第一阶段：
上世纪70年代末至80年代初期，我国许多专家学者对AB 工艺的特性、运行机理及处理过程和稳定性等方面，进行了深入全面和系统的研究，对“AB法”工艺在我国的应用和推广起到了积极作用。
第二阶段：
上世纪70年代末至80年代，我国许多大专院校纷纷开设专题研究课程，尤其是设计研究部门也对AB法处理城市污水、工业废水进行规模化的实验研究，为AB法的工程设计和工程应用取得了大量的数据和实践经验，为其在我国的工程应用起到了十分关键的作用。
第三阶段：
自上世纪80年代起，国内逐步开始将“AB法”应用到城市污水处理和工业废水处理工程中，已建成相当数量的AB法工艺的城市污水处理厂，成效显著，取得了十分可观的社会效益和环境效益。
AB法与传统的活性污泥法相比，在处理效率、运行稳定性、工程投资和运行费用等方面均有明显的优点。
三、AB法工艺的主要特征
基于Aspen Plus的1,2-二氯乙烷废水汽提脱溶过程模拟与优化
102 | 尺寸的影响；陶少辉等[11]采用Aspen Plus软件中的NRTL物性方法，模拟和优化了以环己烷、甲苯、二氯乙烷为共沸剂萃取精馏2-氯乙醇-水分离过程工艺条件，模拟结果能够与实验结果较好吻合；梁燕等[12]利用Aspen Plus软件ELECNRTL物性方法、Extract模块和NRTL物性方法、RadFrac模块，模拟和优化了碳酸钾水溶液萃取-精馏耦合分离甲苯、乙醇共沸混合物的工艺条件，模拟结果与实验数据吻合。以上研究表明，NRTL物性方法能够较好的模拟二氯乙烷水体系，本文研究的有机废水溶液存在电离平衡NaCl←→Na+ + Cl-，属于电解质系统，因此本文模拟的物性方法选择ELECNRTL模型[13]，该模型用于计算电解质水溶液系统以及混合溶剂电解质系统，当电解质浓度变为零时，该模型就简化为NRTL模型。2 汽提工艺流程汽提过程工艺流程图如图1所示。废水经换热器预热后经流股2从塔顶进入汽提塔，与塔底通入的蒸汽经逆流传质、传热后，废水中的EDC以气态形式从塔顶流出，汽提后的废水从塔底流出。3 灵敏度分析汽提过程的关键在于汽提塔，因此在整个模拟过程中首先0 引言1,2-二氯乙烷(EDC)是一种重要的有机合成原料，同时在精细化工领域又是重要的溶剂，其主要用于氯乙烯、三氯乙烯、乙二胺、三氯乙烷、亚乙烯基氯、四氯乙烯中间体等产品的合成和蜡、脂肪、橡胶等的溶剂[1-4]。在精细化工生产过程中会遇到含EDC的低浓度废水，由于EDC为生物难降解的挥发性有机氯化物[5]，所以在进入废水生化处理系统之前，需对该废水进行预处理，回收废水中的EDC，达到经济发展与环境保护良性循环的目的。本文运用Aspen Plus流程模拟软件[6-8]，对某酸化萃取工段EDC废水(流量2 500 kg/h，x(EDC)=0.9%，x(NaCl)=24.1%)汽提分离工艺过程进行模拟，以期达到回收溶剂和降低废水化学需氧量(COD)的目的；另外，通过灵敏度分析优化工艺参数，为工业化设计提供理论参考数据。1 物性方法选择Aspen Plus物性方法提供了一系列物性的计算模型和方法，用来计算热力学性质和传递性质[9]；在模拟过程中，应根据不同物料体系和操作工况选择正确的物性方法。曲云等[10]采用Aspen Plus软件中的NRTL物性方法和RADFRAC模块，考察了不同汽提介质对二氯乙烷残余量、二氯乙烷损耗量和汽提塔基于Aspen Plus的 1,2-二氯乙烷废水汽提脱溶过程模拟与优化张振科1，沈杰1，张明亮2(1.浙江沙星科技有限公司，浙江 临海 317000； 2.新乡学院能源与燃料研究所，河南 新乡 453000)摘要：运用Aspen Plus流程模拟软件，探讨了某酸化萃取工段1,2-二氯乙烷含盐废水汽提分离工艺过程的汽提塔塔板数、蒸汽流量、废水进料温度、操作压力对塔底废水中1,2-二氯乙烷质量分数的影响。优化了汽提工艺流程，同时，考察了不同蒸汽流量条件下各主要流股参数的影响。结果表明，塔板数为20块，废水进料温度为100 ℃，蒸汽流量为540 kg/h，常压条件下汽提后的废水中1,2-二氯乙烷质量分数可达到3.85×10-5，1,2-二氯乙烷去除率达到99.57%。关键词：1,2-二氯乙烷；汽提；流程模拟；Aspen Plus；废水中图分类号：TQ09 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2021)16-0102-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2021.16.041Simulation and Optimization of Stripping Process of 1,2-dichloroethane Wastewater based on Aspen PlusZHANG Zhen-ke1, SHEN Jie1, ZHAGN Ming-liang2 (1. Zhejiang Shaxing Technology Co., Ltd., Linhai 317000, China;2. Institute of Energy and Fuel, Xinxiang College, Xinxiang 453000, China)Abstract: Using Aspen Plus process simulation software, the effects of stripper plate number, steam flow rate, feed temperature and operating pressure on the concentration of 1,2-dichloroethane in the bottom of the tower in the stripping process of brine containing wastewater from an acidizing extraction section were studied. The stripping process was optimized and the effects of main flow parameters on different steam flow rates were investigated. The results show that the mass fraction of 1,2-dichloroethane can reach 3.85×10-5 and the removal rate of 1,2-dichloroethane can reach 99.57% when the number of trays is 20, the feed temperature of wastewater is 100 ℃ and the steam flow rate is 540 kg/h.Keywords: 1,2-dichloroethane; stripping; process simulation; Aspen Plus; wastewater
电催化还原废水中硝酸盐制氨的研究进展
DOI：10.19965/ki.iwt.2022-1075第 44 卷第 1 期2024年 1 月Vol.44 No.1
Jan.，2024 工业水处理Industrial Water Treatment
60电催化还原废水中硝酸盐制氨的研究进展
赵慧1，王富东2，钱光磊1，雷太平1，任春燕1，谢陈鑫1
（1.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131；2.广东石化有限责任公司，广东揭阳 515200）
[ 摘要 ] 硝酸盐作为地表和地下水中常见的污染物，对环境造成严重污染，电催化还原硝酸盐制氨可促进水体
中的氮循环。综述了用于硝酸盐还原制氨的过渡金属、贵金属及非金属催化剂的研究进展，对该领域的大量实例进
行了收集，分析了电极材料具有高效率的原因，综述了电催化还原硝酸盐制氨的反应机理、电极制备方式、操作条
件、硝酸盐去除率及选择性；对电极电势、硝酸盐浓度、pH、电流密度、支持电解质等影响因素进行了分析，比较了电
催化还原硝酸盐制氨的反应器形式及生产出产品氨的生产工艺，并对实例中的生产能耗进行了对比；最后，对该领
域的挑战和前景进行了展望。
［关键词］ 电催化还原；硝酸盐；废水处理
［中图分类号］ X703 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2024）01-0060-13
Research progress of electrocatalytic reduction of
nitrate in wastewater to ammonia
ZHAO Hui1，WANG Fudong2，QIAN Guanglei1，LEI Taiping1，REN Chunyan1，XIE Chenxin1
（1.CenerTech Chemical Research and Design Institute Co.， Ltd.， Tianjin 300131，China；2.Guangdong Petrochemical Co.， Ltd.， Jieyang 515200，China）
科技成果——电化学法循环冷却水处理技术
科技成果——电化学法循环冷却水处理技术
适用范围
节水及水资源循环回用
成果简介
电化学设备主要原理可分为为电解氧化反应、电解还原反应、酸碱中和、离子平衡及极性水分子反应。
电解槽的阴极区内的水会形成一个碱性环境（pH>9.5）。在强碱性环境中，在这种离子溶液中，Ca2+（aq）\Mg2+（aq）就会形成氢氧化钙Ca（OH）2↓（垢）、碳酸钙:CaCO3↓（垢）、氢氧化镁Mg（OH）2↓（垢）；并吸附在阴极上或掉落在反应室底部。当水垢在阴极上析出到一定厚度时，自动刮垢套件可将吸附在阴极上的水垢刮下来，沉落在电解槽底部。定时打开排污阀，将存留在电解槽底部的污垢排出到水垢沉淀池。定期将水垢沉淀池中的上清液排回到系统，下部的固态物人工捞出并收集到水垢存放箱，每年集中无害化处理。
图1 电化学法循环冷却水处理原理图
电解槽的阳极区内的水会形成一个酸性环境（pH＜3.5），阳极附近反应产生的Cl2、Cl·、O3、HO·、H2O2、活性氧原子等强效杀菌物质，尤其是水和氯气结合后产生大量的次氯酸，可迅速杀灭水中的菌藻（包括军团菌），并有效控制微生物生长。
◆阴极附近的反应：
2H2O（l）+2e¯→H2（g）+2OH¯（aq）
CO2（g）+OH¯（aq）→HCO3¯（aq）
HCO3¯（aq）+OH¯（aq）→CO32-（aq）+H20（l）
CO32-（aq）+Ca2+（aq）→CaCO3↓（垢）
2OH¯（aq）+Ca2+（aq）→Ca（OH）2↓（垢）
2OH¯（aq）+Mg2+（aq）→Mg（OH）2↓（垢）
◆阳极的反应：
4OH¯（aq）→O2（g）+2H20（l）+4e-
2Cl¯（aq）→Cl2（g）+2e¯
O2（g）+2OH¯（aq）–2e¯→O3（g）+H2O（l）
OH¯（aq）–e¯→HO·（aq）
2H2O（l）–2e¯→H2O2（l）+2H+（aq）
H2O（l）–2e¯→O（aq）+2H+（aq）
电化学论文
天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池
学 院 化工学院
专 业 生物工程
年 级 2015级本科一年级
姓 名 冯国政
学 号 **********
指导教师 王为
2016年5月14日
天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池 天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池
1 浅谈生物电池
摘要 从我们读到的文献上发现目前生物电池按照作用机理可以大致以下两类。一是生物质产氢，然后利用氢能进行发电。二是生物直接在电极将有机物（如糖类）氧化，进行直接发电。按照产电的主体划分又可以分为酶燃料电池和微生物燃料电池。本文将主要讨论生物电池的历史、微生物燃料电池、酶生物燃料电池，还将对生物电池的前景进行展望。
1 生物电池的历史
早在1910年，英国植物学家就将铂作为电极置于大肠杆菌的培养液里，成功地制造出了世界上第一个细菌电池。1984年，美国科学家设计出一种用于太空飞船的细菌电池，其电极的活性物来自宇航员的尿液和活细菌。但当时的细菌电池发电效率较低。到了20世纪80年代末，细菌发电取得重要进展，英国化学家让细菌在电池组里分解分子以释放电子并向阳极运动产生电能。他们在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液来提高生物系统输送电子的能力，而在细菌发电期间还需朝电池里不断充气并搅拌细菌培养液和氧化物的混和物。理论上，利用这种细菌电池每100g糖可获得1352930库仑的电能，其效率可达40%远高于当时使用的电池的效率，而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2A电流，且能持续数月之久。利用细菌发电原理，人们正在构想建立细菌发电站。比如，基于10m见方的立方体容器内的细菌培养液，可建立起一个1000kW的细菌发电站，每小时耗糖量为200kg。发电成本虽然高一些，但这是一种对环境无污染的“绿色”电站。且随着技术的发展，完全可用诸如锯末、秸秆、落叶等废有机物的水解物来代替糖液。因此，细菌发电的前景十分诱人。[1]
2014年哈工大环境科学与工程复试笔试真题
2014年哈工大环境科学与工程
复试真题及答案
答案为楼主自组织,错误难免,仅供参考.
外校考研不易,希望各位能将自己的经验分享.
信息造就现实
分享打破垄断
一水污染部分（80分）
1对可生化性较差的废水，如何进行预处理使其适宜进一步采取好氧生物处理工艺进行处理。
（15分）
可生化性较差的废水含有较多的难降解有机物质,BOD5/COD小于0.3,可通过以下预处理方
法提高可生化性: 预处理方法 简述
吸附法 即利用活性炭、硅藻土、煤灰等投加到废水中，将废水中的难降解有机物吸附
到吸附剂上，从废水中去除，从而提高废水可生化性；
优点是设备少、处理效果好、占地面积小；
化学絮凝法 将絮凝剂投加到废水中，使废水中的胶体污染物通过桥联和凝聚网捕作用、共
沉淀等去除，降低胶体物质的浓度和生物毒性；
去除效率高、适用范围广、处理成本低、易操作；
臭氧氧化法 通过向废水中通入臭氧，强氧化破坏难生物降解有机物的分子结构，使大分子
转变为小分子，生成易于生化降解的物质，提高废水的可生化性；
水解酸化 利用兼性厌氧菌水解和产酸菌将废水中的难溶性有机物转变为溶解性有机物，
使难降解的大分子物质转化为易降解的小分子物质，从而提高废水的可生化性；
其他：人工投加外源易生物降解碳源，如淀粉、馊水等；
2简述曝气生物滤池BAF，MBR的原理，工艺特点，分析各自适用性。（15分） 工艺 MBR BAF
原理 用膜组件代替二沉池，从而
实现在同一处理构筑物中完
成生物降解和固液分离的污
水处理方法； 利用滤料表面的生物膜进行好氧代谢、生物絮凝，以
及生物膜和滤料吸附、截留等作用，实现污水的高效
净化；
特点 容积负荷高，水力停留时间
短；
污泥龄较长，剩余污泥量少；
膜分离，出水水质好；
设备占地面积小；
避免了因污泥膨胀等而影响
了曝气反应区的MLSS浓度；
低溶解氧浓度运行时，可同
时进行硝化和反硝化；
存在造价较高、膜组件易受
污染、膜使用寿命有限、运行
微生物电化学技术去除水体中抗生素的研究进展
微生物电化学技术去除水体中抗生素的研究进展
微生物电化学技术（Microbial Electrochemistry, ME）是一种将微生物与电化学技术相结合的新兴领域，在环境中的应用潜力日益受到关注。抗生素是广泛应用于医疗领域的一类药物，但由于其在生产和使用过程中的排放，导致大量抗生素残留在水体中，对水环境和生态系统产生不可逆的影响。因此，研究开发一种高效、经济的技术去除水体中的抗生素显得尤为迫切。微生物电化学技术正是在这一背景下应运而生。
微生物电化学技术通过引入合适的电化学电极，激发微生物的电活性，并利用电流传递和电活性微生物的代谢过程，在水体中去除抗生素。目前，已经有多种微生物电化学技术被应用于抗生素去除的研究中，其中包括微电解池、微生物燃料电池、微生物燃料细胞等。
微电解池是一种常见的微生物电化学技术，它通过在电解池中引入电活性微生物，利用微生物的代谢活性将抗生素分解为无害的物质。研究表明，微电解池可以有效去除水体中的抗生素，但其反应速度较慢，需要长时间的处理。与之相比，微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）是另一种有效去除抗生素的微生物电化学技术。MFC利用微生物的代谢能力和电活性特性，在电极的作用下，将抗生素降解为无害的物质。相较于微电解池，MFC反应速度更快，处理效果更好。
微生物燃料细胞（Microbial Electrolysis Cell, MEC）也是一种应用广泛的微生物电化学技术。MEC通过在电解池中引入电活性微生物，将电流通过微生物产生的电子催化水中的抗生素，将其还原为无害的物质。研究结果表明，MEC可以高效去除水体中的抗生素，具有较好的处理效果。此外，一些研究还提出了基于MEC的一体化处理系统，将微生物燃料电池与微生物燃料细胞相结合，形成一种更高效的抗生素去除技术。
虽然微生物电化学技术在抗生素去除方面取得了显著的进展，但仍然存在一些挑战。首先，微生物种类的选择对于去除抗生素的效率至关重要，需要进一步的研究和筛选。其次，电化学条件的优化也对微生物电化学技术的应用和发展起到决定性的作用。最后，微生物电化学技术在实际应用中面临的成本和规模化问题也亟待解决。
Pickering乳液法处理高浓度有机废水
摘要
Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ乳液法处理高浓度有机废水
摘要
在Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ（皮克列）乳液中，细小的固体颗粒强烈地吸附在液
．液界面，其稳定性远远大于由表面活性剂稳定的传统乳液。Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ
乳液开辟了乳液稳定的新途径，已经被应用于制备和自组装纳米颗
粒、制备微胶囊和功能材料，以及化妆品、食品、医药及造纸等行业
中，但用Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ乳液法来处理高浓度有机废水是一种新型的思路
和方法。以Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ乳液为基础，在水、有机物及固体乳化剂组成
的模型体系中有机物的回收、分离及降解，主要研究内容如下：
１．用钛酸酯偶联剂（删．２００Ｓ）对碳酸钙粉体进行表面改性使其
具备合适的表面性质，再用改性碳酸钙颗粒作为稳定剂在含有苯乙烯
的废水中形成Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ乳液，离心分离达到减少苯乙烯含量的目的。
通过ＴＧ，接触角测量（ＣＡ），光学显微镜观察和顶空气相色谱分析
等手段对其进行表征检测。结果表明钛酸酯偶联剂的加入增加了碳酸
钙粉体的接触角，随着加入量的增加可以使得碳酸钙表面由亲水性渐
变为亲油性，在改性剂用量为Ｏ．３％和Ｏ．６％时处理效率较高。随着固
体颗粒的增多，形成的液滴数目增多，体积变大，处理效率提高。此
方法处理苯乙烯的最高效率可以达到９０％以上。
２．使用同样的方法处理硝基苯废水，研究了粉体的表面性质、硝
基苯的初始浓度、加入粉体质量对处理效率的影响。结果显示，处理
Ｉ颚式破碎机锤式破碎机北京化工人学硕ｌ：学文论文
效率不随单因素的增加而增加，只有在合适的条件下，才会得到
最大效率。通过超声波细胞粉碎机乳化和通过高速分散均质机乳化方
式对结果影响不大。用Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ乳液法处理硝基苯有机废水的效果
不如处理苯乙烯废水效果，可能与油相和形成的乳液体系性质相关。
３．利用碳酸钠和硝酸锌制备出纳米氧化锌，再用钛酸酯偶联剂进
行表面改性，利用改性纳米氧化锌作为固体稳定剂与有机污染物硝基
苯形成Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ乳液。借助于ＴＥＭ、ＩＲ、ＣＡ、ＸＲＤ和紫外光谱
城市污水中新兴微量有机污染物控制目标与再生处理技术
第３４卷 第７期２０２１年７月环 境 科 学 研 究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ.３４ꎬＮｏ.７Ｊｕｌｙꎬ２０２１
收稿日期:２０２０￣０７￣２２ 修订日期:２０２０￣０９￣２４
作者简介:王文龙(１９９０￣)ꎬ男ꎬ福建三明人ꎬ助理教授ꎬ博士ꎬ主要从事污水再生利用深度处理技术、微量有机污染物控制研究ꎬｗｗｌ２０＠ｓｚ.ｔｓｉｎｇｈｕａ.ｅｄｕ.ｃｎ.
∗责任作者ꎬ胡洪营(１９６３￣)ꎬ男ꎬ山东鄄城人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ博导ꎬ主要从事再生水安全高效利用理论与技术、水体修复与环境生物技术研究ꎬ
ｈｙｈｕ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ.ｅｄｕ.ｃｎ
基金项目:国家自然科学基金重点项目(Ｎｏ.５１７３８００５)ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＫｅｙＰｒｏｊｅｃｔｓｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.５１７３８００５)城市污水中新兴微量有机污染物控制目标与
再生处理技术
王文龙１ꎬ吴乾元１ꎬ杜 烨２ꎬ黄 南３ꎬ陆 韻３ꎬ魏东斌４ꎬ胡洪营３ꎬ５∗
１.清华大学深圳国际研究生院ꎬ国家环境保护环境微生物利用与安全控制重点实验室ꎬ广东深圳 ５１８０５５
２.四川大学建筑与环境学院ꎬ四川成都 ６１００００
３.清华大学环境学院ꎬ环境模拟与污染控制国家重点联合实验室ꎬ北京 １０００８４
４.中国科学院生态环境研究中心ꎬ北京 １０００８５
５.清华￣伯克利深圳学院ꎬ深圳环境科学与新能源技术工程实验室ꎬ广东深圳 ５１８０５５
摘要:城市污水再生利用是缓解城市缺水问题和改善城市水环境质量的重要方法ꎬ其前提是水质安全保障.城市污水中近年来
不断检出新兴微量有机污染物(ｔｒａｃｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓꎬＴＯｒＣｓ)ꎬ如抗生素、全氟化合物、雌激素等ꎬ是再生水水质安全的重要
威胁.针对城市污水再生深度处理需明确新兴ＴＯｒＣｓ控制目标和处理技术的需求ꎬ系统比较了欧盟、美国、澳大利亚等再生水利
化工学院2009年研究生招生简介.doc-化工与化学学院-哈尔滨工业大学
1 哈尔滨工业大学化工学院
2009年研究生招生简介
哈尔滨工业大学是国家首批六所重点院校之一，是国家首批进入“211工程”建设的院校之一，是国家目前重点建设的九所重点大学之一。
一、化工学院概况
哈尔滨工业大学的化工学科最早成立于20世纪30年代，当时是学校机、电、仪、化四大主干学科之一。1980年成立应用化学系，2008年为了适应国民经济发展和学校整体规划的需要，组建化工学院。化工学院由应用化学系、高分子科学与工程系和化学工艺系组成。目前有两个本科专业，即化学工程与工艺（电化学工程方向）、高分子材料与工程。建有化学电源与金属电沉积、材料表面化学与界面工程两个省重点实验室，还建有光宇化学电源研究所、电镀设计中心、晶体研究室、陶瓷化学研究室等研究机构。1982年在国内首批建立应用化学硕士点，后相继建立化学工艺、工业催化、生物化工、高分子化学与物理硕士点。2000年建立应用化学博士点，并被批准为省重点学科，2002年建立化学工艺博士点，2005年获得化学工程与技术一级学科博士学位授予权。化工学院目前共有教授25人，其中博士生导师22人，副教授26人，中青年教师的博士化率为95%。上述教师中包括部分属于化学工程与技术学科但行政关系隶属于理学院化学系等单位的教师。目前在校博士生123人、硕士生227人、本科生476人。
本院承担了大量国家、部省级各类科研和开发项目。近十年来，共完成科研项目160多项，获国家发明二等奖1项，三等奖2项，四等奖4项，国家科技进步二等奖1项，省部级以上科技进步奖70余项，并获得30余项专利。在研项目100余项，其中国家自然科学基金、863项目和国家973重大基础研究项目共40项（含3项重大、重点项目），省部级项目50余项，近三年年均科研经费约1000万元。近五年发表学术论文1300余篇，其中SCI论文500余篇。出版学术专著及教材50余部。有些方面的研究达到国际领先或先进水平。与此同时，在科研成果转化及产、学、研相结合方面也取得了可喜成就。