医用臭氧怎么获得南大环境学院单超副教授、潘丙才教授课题组在臭氧催化氧化水处理调控新策略方面取得进展

新闻资讯2026-04-21 04:09:38

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催化高级氧化是水处理领域最为重要的技术类型之一。利用有机配体调节金属中心的电子结构是调控催化活性的经典策略,然而在以高级氧化为代表的自由基反应中,这一策略因有机配体易降解失效而面临巨大挑战。发展适用于自由基反应体系的配位调控方法对推动面向实际水处理应用的催化氧化技术创新具有重要意义。


臭氧氧化是规模化水处理中广泛应用的高级氧化工艺。南京大学环境学院单超副教授、潘丙才教授课题组选取了臭氧氧化中本身催化惰性但蕴藏催化活性潜力的Ce(III/IV)为目标调控对象,基于有机物在臭氧氧化过程中普遍产生小分子羧酸为主要终端产物的认知,设想部分种类的小分子羧酸有望作为原位内生配体通过配位调控将Ce(III/IV)持续活化为臭氧氧化的催化剂。


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研究发现,有机物臭氧氧化降解生成的不同种类小分子羧酸配体对Ce(III/IV)的活化效应具有明显差异,其中草酸可作为强效配体显著活化Ce(III/IV),将臭氧分解速率常数和阿特拉津降解速率常数分别提高11.5倍和5.8倍;同等条件下乙酸并未对Ce(III/IV)表现出明显的活化效应


进一步研究发现,Ce(III)-草酸络合物是强化污染物降解的催化活性物种,草酸配体显著的供电子效应是活化Ce(III/IV)的关键;


仅依靠原位持续生成的草酸(无需外源添加),微量Ce(III/IV)即可实现臭氧氧化的自催化矿化和污染物共降解。


这一工作突破了外源添加有机配体这一传统调控策略在高级氧化体系中配体易降解失效、有机负荷明显增加的挑战,为探索面向真实应用场景的水处理催化活性调控提供了范例。


研究成果以“In situ ligand-modulated activation of inert Ce(III/IV) into ozonation catalyst for efficient water treatment”为题,发表于知名学术期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (论文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2305255120)。


论文第一作者为博士生张静,通讯作者为单超副教授和潘丙才教授,张炜铭教授为共同作者。南京大学高性能计算中心为研究的理论计算提供了机时。研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划的资助。

(来源:南京大学环境学院)

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9月23日参观中原环保股份有限公司

马头岗污水处理厂概况


中原环保股份有限公司马头岗污水处理厂是国务院批复的《国家重点流域水污染防治“十二五”规划》中规模最大、功能最全、污染物减排最强的城市生活污水处理项目。项目投运以来,大大改善了郑州市北部区域地面河流水体质量,对保护淮河水系、改善生态环境具有重大意义。



厂区位于河南省郑州市东北部,服务范围为郑州市东北部区域,服务面积约209平方公里,占地面积1057亩,总投资约21.6亿元。总设计污水处理规模60万立方米/日,采用“改良A2/0+混凝沉淀/气浮除磷+活性焦吸附+V型滤池+次氯酸钠消毒”工艺,出水水质主要指标可达河流地表水Ⅲ类标准。同时配套建设有60万m/日污水的污泥消化工程、200t/日污泥干化工程以及600t/日污泥深度脱水工程,采用“浓缩+厌氧消化+离心脱水/板框压滤+热干化”的处理工艺,出泥含水率可达30%以下,处理完的污泥可进行热解气化或进行好氧堆肥,实现资源化利用。



近年来,马头岗污水处理厂围绕创新驱动发展战略,牢牢聚焦高质量发展目标,以精细管理提升企业执行力,以节能降耗增强市场竞争力,以创新运作促进企业发展力,在公司党委的大力支持以及高质量发展理念引领下,探索落地了活性焦吸附技术、污泥热解气化技术、精确曝气系统、城镇污泥好氧发酵废气处理技术、二沉池光伏刷池机器人等众多科研项目,全力打好开源节流、提质增效组合拳。


活性焦吸附技术利用活性焦吸附原理,进一步去除污水处理厂尾水和河道水体中低浓度的污染物,在市政污水尾水提标及河道湖泊水体净化领域具有较高的经济性和可控性。目前已成功应用于马头岗污水处理厂出水提标改造工程、郑州新区污水处理厂二期工程、南曹污水处理厂一期工程等多个项目。中国水协排水委专家委员会认定,该技术成本低、占地小、设备简单、安全稳定、无二次污染,经济技术优势明显,市场前景广阔,可快速有效实现再生水水质大幅提升。该技术获评河南省绿色低碳先进技术。

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污泥热解气化技术是一种绿色环保型污泥处理处置技术,充分利用污泥既是“污染物”又是“资源”的双重属性,在一定的温度、压力条件下,使污泥与气化剂(空气、水蒸气)发生一系列复杂的热化学反应,并最终生成可燃气(CO、H2、CmHn等)和炉渣,彻底实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化目的。该技术已通过中国城镇供水排水协会专家评审会审议,被列为城镇排水行业新技术、新产品推广项目,并获评全国水处理行业科技进步二等奖。目前成功应用于西安沣西新城污泥处置项目、郑州新区污水处理厂二期工程等省内外多个项目。该技术共获得授权知识产权45项,其中包括2项发明、25项实用新型专利和18项计算机软件著作,90%以上的成果在实际生产中已经实现成功应用,并获得2020年度中国城镇供水排水协会科学技术二等奖。


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精确曝气系统通过智能控制程序,将上位机、在线仪表、空气流量调节阀和鼓风机进行联动,使鼓风机导叶和阀门开度自动调节,精确控制生物池各个廊道的曝气量,为污水处理工艺运行提供良好保障,填补了河南省污水处理行业的技术空白,成功应用于郑州市马头岗污水处理厂、成都市温江区科技园污水处理厂、许昌市瑞贝卡污水处理厂等省内外多家污水处理厂,创造直接经济效益数百万元。


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二沉池光伏刷池机器人是为解决污水处理厂二沉池出水堰易滋生藻类、清理困难的问题,自主研发的。该设备主体结构由200多个零部件组成,配有9台电机分别控制不同的运行部件,通过自动化运行程序,实现设备的智能化运行及自动清洗。目前,根据二沉池池型不同,已更新升级至第四代,有效满足不同池型的清理需求,设备运行更加稳定,清理效果更加明显,出水更加美观。该技术获得1项国家实用新型专利,并在郑州市新区污水处理厂、许昌市瑞贝卡污水处理厂成功推广应用。


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守正创新担使命,笃行实干结硕果。近年来,马头岗污水处理厂先后荣获了“国家优质工程银质奖”“中国海员建设全国总工会‘工人先锋号’”“河南省城镇污水处理运营先进单位”“河南省城镇污水处理运营示范单位”“河南省污水垃圾处理设施运营管理工作先进集体”“河南省污染减排十大领军企业”等荣誉称号。在全国3501家城镇污水处理厂绩效考评中,马头岗污水处理厂以第一名的成绩荣获“全国城镇污水处理厂绩效达标竞赛十佳达标单位”。下一步,中原环保股份有限公司马头岗污水处理厂将持续贯彻创新、协调、绿色、开放、共享新发展理念,以流域系统治理、提升城市水生态安全、构建水资源在生产生活和自然生态的“双循环”为目标,树立全国水资源高效利用和绿色低碳产业体系典范,助力生态文明建设。


参观联系;宋超 13681351252


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2023中国水污染防治技术与装备创新发展

大会议程安排

 

绿色创新 低碳循环

 

中国环保机械行业协会水污染防治装备专业委员会联合中原环保股份有限公司主办绿色创新 低碳循环为主题,定于921-23日在河南省郑州市召开“2023中国水污染防治技术与装备创新发展大会”为排水与污水处理行业高质量发展聚势赋能。

拟邀请发言的嘉宾与单位:


主持人:

杨向平  中国环保机械行业协会水污染防治装备专业委员会主任委员

   中国环保机械行业协会水污染防治装备专业委员会副主任委员


发言人与对话嘉宾及相关单位(拟):

任洪强  中国工程院院士

王亦宁  中国环保机械行业协会名誉会长

于鸿立  中国环保机械行业协会秘书长

梁伟刚  中原环保股份有限公司董事长、中环机协水专委副主任委员

许光明  常州市排水管理处处长、中环机协水专委副主任委员

唐建国  上海城建设计研究总院总工程师

王洪臣  中国人民大学环境学院教授

待定    新兴铸管股份有限公司

待定    北京北排装备产业有限公司

待定    上海复洁环保股份有限公司

待定    上海昊沧系统控制技术有限责任公司

待定    广州市水务投资集团有限公司

待定    深圳市深水生态环境技术有限公司

待定    长江生态环保集团有限公司

待定    江苏环保产业技术研究院股份公司

待定    天津市政工程设计研究总院

待定    中铁水务集团有限公司


对话嘉宾单位:

中国市政工程东北设计研究总院、中国市政工程西南设计研究总院、中国市政工程西北设计研究总院、中国市政工程华北设计研究总院、北控水务集团


展览展示单位:

郑州格沃环保公司

北排装备公司

新兴铸管股份公司

芬兰维美德公司

南京贝特环保通用设备制造有限公司

河南昌祥弘精细工贸有限公司

无锡市友信嬴特环境工程有限公司


会议联系人:


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宋凯 :15022358405

曲玲 :13521335700

宋超 :13681351252

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赵海娟:15048958555

 

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