耦合型载Fe(III)纳米复合吸附剂同时去除污水中EfOM/磷的技术及原理

Simultaneous removal of effluent organic matter (EfOM) and phosphate from bio-treated domestic sewage by one-step adsorption is a very attractive but still challenging task. In our previous study we found that EfOM could be effectively captured by hyper-crosslinked aminated polymeric adsorbent, and phosphate could be preferably sequestrated by nanosized hydrated ferric oxide. Also, the above two adsorbents could be regenerated for multiple use by alkaline solution. As inspired by the above study,here we aimed at fabricating a novel composite adsorbent by combining the polymeric adsorbent with nanosized hydrated ferric oxide.The resultant nanocomposite is expected to simulataneously remove EfOM and phosphate from the bio-treated sewage. The main contents of the proposal included (1) to develop the preparation process of the nanocomposite adsorbent, characterize its structure, and explore its structure optimization principle; (2)to understand the properties of the nanocomposite for simultaneous removal of EfOM and phosphate, study the effect of ambient temperature, solution pH and co-exisiting ions on the performance of the adsorbent, and reveal the underlying mechanism responsible for simultaneous removal; (3) to develop and evaluate the nanocomposite-based filter system for advanced treatment of bio-treated sewage, and particularly focus on regeneration of the adsorbent for repeated use. We believe the study propsed here is significant and novel,and help to develop new and economically desirable process for advanced treatment of domestic sewage.

残留有机质（EfOM）与磷的高效去除是吸附法深度处理生活污水的核心。EfOM与磷因结构及物化性能差异，往往难以被一种吸附材料同时有效去除，实际应用时需多种吸附剂组合使用，致使处理流程偏长、成本偏高。本项目针对上述技术障碍，拟耦合复合功能树脂对EfOM的高效处理性能与纳米Fe(III)化物对磷的选择性净化性能，研制可同时高效除EfOM/磷且可再生与反复使用的新型复合吸附剂，探究复合吸附剂净化水中EfOM/磷的性能与作用机理，评价水中共存物质与操作条件对其工作性能的影响规律，在此基础上发展基于新材料的滤床处理系统，解析新材料深度处理污水的基本性能，发展复合吸附剂有效再生技术，评价材料重复利用性能，从而为开发经济高效的吸附法深度处理污水新工艺提供理论基础与技术借鉴。

残留有机质（EfOM）与磷的高效去除是吸附法深度处理生活污水的关键。由于EfOM与磷的结构及物化性质差异显著，通常难以被一种吸附材料同时有效去除，实际应用时往往需多种吸附剂组合使用，致使处理流程偏长、成本偏高。此外，用于EfOM去除的常用吸附材料如活性炭等受其原料来源和制备技术的影响，孔结构与表面化学性质难以有效调控，材料吸附后再生较为困难，影响了其重复利用性能。项目组前期研究表明，氨基化的复合功能树脂可对大部分EfOM类污染物进行有效去除，且树脂经以碱液为主的复合再生剂再生后可反复使用，连续工作性能没有明显下降；这主要源于其可控、稳定的孔结构与表面化学性质。另外，以大孔离子交换树脂为载体负载纳米Fe(III)氧化物颗粒的复合吸附剂已被成功应用于生化尾水中磷的深度处理，连续半年的中试研究表明这一材料的净化性能稳定，然而该类材料对EfOM基本无净化能力。本项目成功耦合了复合功能树脂对EfOM 的高效处理性能与纳米Fe(III)、Zr(IV)、La(III)等氧化物对磷的选择性净化性能，研制出可同时高效去除EfOM/磷且可再生与反复使用的系列新型复合吸附剂；解析了新材料深度处理污水的基本性能，对水化学性质与操作条件对新材料工作性能的影响规律进行了系统评价，探明了新型复合吸附剂净化水中EfOM/磷的性能与作用机理；结合人工神经网络（ANN）与遗传算法（GA），构建了新材料柱吸附运行模型，对新材料实际工作性能实现了有效预测；发展了复合吸附剂再生及再生液资源化技术，评价材料重复利用性能。本项目为开发经济高效的污水深度处理新工艺提供理论基础与技术借鉴。.以本项目研究的新材料及其深度处理技术为核心，项目负责人领导的Zero-P团队参与了总奖金额为1000万美元的George Barley Water Prize比赛（天然水中磷的深度处理技术挑战赛），并从208支国际队伍中脱颖而出进入前10名，2018年开始在加拿大参与下一阶段的现场规模化技术比赛。.围绕上述研究，本项目发表SCI论文15篇，授权国家发明专利1项。另外，课题组围绕环境纳米复合材料的研制与废水深度处理的研究成果获2015年国家技术发明二等奖及2016年中国专利优秀奖（项目负责人均为第一完成人），本项目也是相关成果的重要组成部分；2014年项目负责人获光华工程科技奖青年奖。