NIGLAS
“地理科学摇篮 湖泊研究基地”
河湖水体及污水厂尾水污染物高效去除技术研究取得进展
随着经济发展和人类活动强度加剧，河湖水体污染依然严峻。污水厂尾水是湖泊生态补水的重要来源，但尾水直接补给会影响湖泊生态安全。研发河湖水体及污水厂尾水污染物的高效消减技术，促进污水厂尾水从“工程水”向“生态水”转变，实现污水厂尾水与受纳湖泊水体的水质与水生态融合，是提升湖泊生态系统完整性与韧性的关键举措，也是相关管理部门和研究者关注的热点问题。
目前，关于环境水体污染物消减主要包括吸附、催化及生物处理等技术。其中，催化技术具有快速高效及绿色环保特点，但传统催化技术仍面临能耗过高、处理效率难以满足实际需求等一系列关键问题。近年来出现的限域效应联合催化技术可有效提高污染物的去除效率，但该技术对河湖水体及污水厂尾水污染物的去除潜力、过程特征及潜在机理尚不明确。
基于此，中国科学院南京地理与湖泊研究所徐华成研究团队的刘飞博士以典型二维材料MXene为基材，通过将铁原子限域至 MXene层间，构建了一种新型二维催化体系(MXene-Fe@PES)，探讨其对河湖水体及污水厂尾水污染物去除的过程机理，并开展技术示范。
结果表明，该技术体系对典型有机污染物的消减速率(1.472 s-1)比目前常规催化技术体系高60∼1200倍。与传统技术体系相比，该催化技术体系具有更高的活性氧生成速率、铁位点电子密度、及H2O2分解速率等优势，具有成本低、污染物去除速率快、消减效率高等优势。
图1 河湖水体及污水厂尾水污染物去除效果及其与水体指标的关联性分析
进一步，将该技术体系用于实际河湖水体及污水厂尾水污染物去除研究，发现其对10余种有机污染物的去除率均能保持在70∼97%，显示出较高的应用潜力。统计分析结果表明，河湖水体及污水厂尾水污染物的去除效果与溶解有机质含量、分子量以及水体磷酸根浓度呈负相关关系。该研究可为尾水资源的生态利用提供理论指导和技术支持。
图2 河湖水体及污水厂尾水污染物高效去除示意图
上述研究成果发表在水环境领域著名刊物Water Research上，研究得到国家重点研发计划课题、国家自然科学基金及研究所自主部署项目等联合资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424015963
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