天津大學“水污染控制與資源化”課題組簡介

成立時間：2008年

主要研究內容：

• 污水深度脫氮除磷與再生水處理技術

• 工業(yè)廢水污染控制與資源化技術

• 城市河道綜合治理與海綿城市建設技術

• 城市污泥厭氧消化強化預處理及混合發(fā)酵技術

• 用于污染修復的沉積物電生物化學系統(tǒng)

• 水中新興污染物監(jiān)測與控制技術

團隊成員：

1名教授（季民），5名副教授（李茹瑩、王芬、王燦、翟洪艷、趙迎新），44名博士與碩士研究生

科研基地：

• 天津市城市河道水質生態(tài)凈化技術工程中心

• 天津大學秦皇島環(huán)保研究院

團隊承擔主要項目：

• 國家水專項課題(十二五）：海河干流水環(huán)境改善關鍵技術與綜合示范（2014-2017）

• 國家重點研發(fā)計劃課題：再生水中難降解微量有機物去除技術與裝備（2016-2020）

• 國家水專項(子課題）：北方城市大型污水處理廠除磷脫氮和污泥減量化技術研究與工程示范（2016-2019）

• 國家水專項子課題（十三五）：海河干支流河網聯動水循環(huán)凈化綜合調控技術研究與示范（2017-2019）

• 國家水專項子課題（十三五）：中心城區(qū)海綿城市建設與運行管理技術體系構建與示范（2017-2019）

• 國家水專項（子課題）：存量隱性污染源及高潛在風險污染源治理技術集成與示范(2016-2018)

• 農業(yè)部公益項目：生活污泥沼氣化處理利用技術及設備研究與示范(2013-2017)

2017年科研獲獎：

• 化工廢水全過程控制與資源化成套技術榮獲天津市科技進步一等獎（2017）

活力團隊

2017年發(fā)表的代表性SCI論文

1. Qing Zhao, Min Ji, Ruying Li, Zhiyong Jason Ren.Long-term performance of sediment microbial fuel cells with multiple anodes. Bioresource Technology, 2017, 237:178-185.

中文題目：多重陽極沉積物微生物燃料電池長期運行效果研究

中文摘要：本研究構建了不同陽極間距的多重陽極沉積物微生物燃料電池（SMFC），并考察了長期運行效果。結果表明，由于陽極面積的提高，多重陽極SMFC延長了產電持續(xù)時間，但是陽極間距對輸出功率的影響有限。當溫度低于20℃時，產電受到嚴重抑制，但當溫度上升回室溫時，系統(tǒng)產電可迅速恢復。系統(tǒng)中易氧化有機物（ROOM）的降解與難降解有機物的分解同時發(fā)生。沉積物中蠕蟲的生長會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使上層水體的COD濃度升高，pH和溶解氧下降，并影響沉積物中的微生物群落結構。與甲烷的厭氧氧化相關的微生物ANME-2D 在陽極附近被富集，并可能對SMFC中的電子傳遞有利。

2. Zhai Siyuan, Zhao Yingxin, Ji Min, Qi Wenfang. Simultaneous removal of nitrate and chromate in groundwater by a spiral fiber based biofilm reactor. Bioresource Technology, 2017, 232:278-284.

中文題目：基于螺旋載體的生物膜反應器同步去除地下水中的硝酸鹽和六價鉻

中文摘要：開發(fā)了一種基于螺旋載體的生物膜反應器，可以同步去除地下水中的硝酸鹽和鉻酸鹽。本文應用模擬地下水(NO3--N= 50mg/L)，研究了不同Cr(VI)濃度(0-1.0 mg/L)、碳氮比(C/N)(0.8-1.2)、水力保留時間(HRT)(2-16 h)和初始溶液pH(4-10)對反硝化和Cr(VI)去除效率的影響。當Cr(VI)濃度低于0.4 mg/L時，硝酸鹽和Cr(VI)基本上完全去除，沒有出現亞硝酸鹽積累。隨著Cr(VI)濃度增加至1.0 mg/ L，系統(tǒng)明顯受到抑制，由于生物膜反應器中微生物經過馴化具有較強適應性，反應體系在6天內迅速恢復。結果表明，該生物膜反應器在低C /N = 0.9，HRT = 8h，初始pH = 7，Cr(VI)= 1.0 mg/L的條件下，能實現夠實現硝酸鹽(≥99%)和Cr(VI)(≥95%)的去除率。本研究所用技術可為同時去除地下水中的共存污染物提供一定參考價值。

3. Zhai Siyuan, Ji Min, Zhao Yingxin, et al. Effects of salinity and COD/N on denitrification and bacterial community in dicyclic-type electrode based biofilm reactor[J]. Chemosphere, 2018, 192: 328-336.（2018年2月發(fā)表）

中文題目：鹽度和COD/N對雙環(huán)型電極生物膜反應器脫氮和細菌群落的影響

中文摘要：開發(fā)了一種雙環(huán)型電極生物膜電極反應器（BER），用于含鹽市政廢水中深度脫氮的研究。研究不同的鹽度和COD/N條件下體系反硝化速率的變化。當鹽度從0％增加到1.0％時，傳統(tǒng)生物膜反應器（BR）和BER的反硝化性能受到抑制；然而，BER顯示出更好的適應性和恢復能力。BER在1.0％的鹽度和COD/N為2.5（理論化學計量2.86忽略微生物生長）下實現了較高的硝酸鹽去除效率（≥90％）。BR中的Methylotenera mobilis和BER中的Clostridium sticklandii的豐度高于接種污泥。隨著COD/N進一步降低，反硝化功能基因napA，nirS和nosZ基因的豐度也增加。在高鹽度脅迫下，BER具有更高的反硝化效率，并且與BR相比，有機碳源（即甲醇）的消耗減少。BER系統(tǒng)中異養(yǎng)和自養(yǎng)反硝化菌的協(xié)同作用為生活污水中硝酸鹽的去除提供了一種更為有效和可行的解決方案。

4.Bo Zhang, Min Ji, Fen Wang, Ruying Li, Keqiang Zhang, Xiaobo Yin, Qiang Li. Damage of EPS and cell structures and improvement of high-solid anaerobic digestion of sewage sludge by combined (Ca(OH)2+multiple-transducer ultrasonic) pretreatment. RSC Advances, 2017, 7(37): 22706-22714.

中文題目：Ca(OH)2耦合多探頭超聲波對污泥EPS和細胞結構的破解及對高固厭氧消化的改善

中文摘要：研究了工業(yè)化規(guī)模單獨及耦合Ca(OH)2和超聲預處理對高固污泥（TS=8%）有機物的溶出、胞外聚合物（EPS）及細胞結構的破解和后續(xù)的厭氧消化性能。當使用0.04g/g-TS石灰耦合225kJ/kg-TS超聲波預處理污泥時，可以獲得最大的COD溶出差。單獨0.04g/g-TS石灰和低功率超聲波預處理只能破解EPS，而耦合預處理不僅可以增加EPS的破解程度，而且可以破解細胞結構。與單獨預處理相比，耦合預處理可以獲得更好的厭氧消化性能。當0.04g/g-TS石灰耦合225 kJ/kg-TS超聲預處理時，累積甲烷產量比單獨石灰預處理提高了36.7％。結果證明，當多探頭超聲波耦合Ca(OH)2預處理能夠有效地破解高固污泥，并提高甲烷產率。

5. Sun W, Zhao H L, Wang F, Liu Y F, Yang J, Ji M. Effect of salinity on nitrogen and phosphorus removal pathways in a hydroponic micro-ecosystem planted with Lythrum salicaria, L. Ecological Engineering, 2017.

中文題目：鹽度對千屈菜水培微生態(tài)系統(tǒng)N、P去除途徑的影響機制

中文摘要：人工濕地中氮磷去除途徑包括植物吸收、水中微生物降解作用、根際環(huán)境微生物降解作用以及填料吸附。本研究對千屈菜水培微生態(tài)系統(tǒng)中不同氮磷去除路徑的貢獻比例進行了定量分析。發(fā)現淡水（0.05%鹽度）中千屈菜對氮的吸收是主要除氮方式，根際微生物的降解作用僅次于千屈菜的吸收，而水中微生物對氮的降解作用最��；而此時除磷途徑中，根際微生物降解作用為主要去除方式，千屈菜吸收作用僅次于根際微生物降解，水中微生物對磷的降解作用最小。在含鹽水（0.5%鹽度）下，根際微生物降解成為主要脫氮方式，千屈菜的吸收作用和水中微生物降解作用較0.05%鹽濃度下均有所下降；除磷途徑中微生物降解作用是主要方式，此外，鹽濃度的提高使千屈菜吸收和根系微生物對磷的去除作用均有降低。

6. Shi S, Wang C, Fang S, Jia M H, Li X G.Removal performance and water quality analysis of paper machine white water in a full-scale wastewater treatment plant. Environmental Technology, 2017, 38(11):1443-1451.

中文題目：某造紙白水處理廠的污染物去除效能與處理前后水質特性分析

中文摘要：本文進行了生化-過濾工藝處理造紙白水的生產規(guī)模實驗研究，對物理化學和生物過程中污染物的去除效果進行了評估。實驗結果表明，該系統(tǒng)懸浮固體（SS）的去除率達到99％以上，物理化學工藝去除SS達到97％左右。經過生物處理后，COD和色度的去除率分別達到97％和90％左右。分子量（MW）分布分析顯示，處理后小分子量物質（<5kDa）增加。三維激發(fā)-發(fā)射矩陣熒光分析表明，處理過程中大部分類腐殖質物質被有效去除。氣相色譜/質譜分析表明，廢水中的典型有機組分甲基硅氧烷能夠被有效去除。

7.Wang N Y, Wang K, Wang C. Comparison of different algicides on growth of Microcystis aeruginosa and microcystin release, as well as its removal pathway in riverways, Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2017, 11(6): 1-8

中文題目：不同殺藻劑對銅綠微囊藻生長及微囊藻毒素釋放的影響及其在河道中的去除途徑比較

中文摘要：大量銅綠微囊藻的富營養(yǎng)化現象普遍存在，威脅著水生生態(tài)系統(tǒng)和人體健康。本研究對4種殺藻劑進行了試驗，探討其對銅綠微囊藻的細胞密度和葉綠素-a的影響。結果表明，與對照組相比，抑制90％以上細胞生長的硅酸鋁試劑對銅綠假單胞菌生長具有最強的抑制作用。此外，研究了微囊藻毒素（MC）-LR的產生和釋放。硅酸鋁，CuSO4和Emma-11比連苯三酚更有效地破壞銅綠微囊藻的細胞，從而增加細胞外MC-LR的濃度。硅酸鋁引起細胞外MC-LR濃度最高達45 mg/L以上。本實驗還檢測了生物毒性，以評估MC-LR釋放的環(huán)境風險。當藻類溶液的生物毒性增加時，細胞外MC-LR濃度大多增加。實驗還旨在揭示河流中的物理條件，如自然光照，曝氣和河底污泥對MC-LR降解的影響。這些發(fā)現表明，在MC-LR降解過程中，太陽光中的紫外線可以實現超過15％的MC-LR去除效率。在MC-LR去除的所有物理途徑中，河底污泥吸附法有著20％的最佳效率。

8. Miao Y, Zhou Y N, Zhai H Y, et al. Evaluation of bromide incorporation into THMs and DHANs from chlorination of algal organic matter. Desalination and Water Treatment, 2017, 80: 306-316.

中文題目：藻類有機物氯化過程中Br-THMs/DHANs的生成特點

中文摘要：許多溴化消毒副產物（DBPs）比其氯化類似物具有更高的毒性或潛在的健康風險，因此氯化消毒過程中溴化DBPs的生成特點成為人們關注的焦點。水體中頻繁發(fā)生的藻類大量繁殖事件，使藻類有機質（AOM）成為DBPs的前體物。本文考察了溴離子存在時，不同氯化條件下AOM生成三鹵甲烷（THMs）和二鹵乙腈（DHANs）的摩爾濃度、種類分布和溴取代因子（BSF）。氯化過程中，AOM與天然有機物在THMs和DHANs的生成特性上有很多不同。AOM氯化過程中THMs和DHANs的生成和種類分布情況隨接觸時間發(fā)生變化。 反應時間延長，THMs的總濃度和溴代THMs的比例提高增加，而THM-BSF值在12或24 h的接觸時間后穩(wěn)定。較高pH條件下THMs的濃度和溴代THMs所占比例上升。THMs總生成量在短時間內（1-6 h）不隨溴化物濃度增加而增加，但長時間的接觸（48或72 h）可使THMs總濃度增加。AOM氯化過程中THM-BSF最高約為0.8。DHANs的總生成量隨接觸時間有一個快速增加然后下降的過程。DHAN-BSF值隨pH值（在1-24 h的接觸時間內）和溴化物濃度（在1-72 h的接觸時間內）的增加而增加。

9. Sun X, Wang C, Ji M. Production and release of microcystin-LR during treatment using chemical algicide, Fresenius Environmental Bulletin, 2017, 26(1): 572-578

中文題目：化學藥劑殺藻過程微囊藻毒素-LR的產生和釋放研究

中文摘要：本研究的內容是CuSO4對銅綠微囊藻處理過程中MC-LR產生和釋放的影響。結果顯示在添加CuSO4后抑制銅綠微囊藻生長，同時釋放一部分含有MC-LR的細胞內物質。在1.5 mg/L CuSO4作用下，細胞密度從14×106mL/mL降至4×106mL/mL。細胞外MC-LR從0.61μg/L增加到38.03μg/L。通過實驗可以發(fā)現，當細胞繁殖時，微囊藻毒素是主要增加的代謝物。 CuSO4可通過影響細胞代謝而抑制MC-LR的產生；銅離子的濃度和藻細胞的吸附能力都會影響CuSO4的作用。本文提出，適當的劑量、pH值、劑量周期或反應時間可以達到對環(huán)境影響較小的效果。

10．田壯,方帥,王燦,季民,賈明昊,李曉光.某造紙廠紙機白水生化處理系統(tǒng)的工程應用研究[J].中國給水排水,2017,33(7):33-36.

摘要：以某草漿造紙廠紙機白水的升級改造工程為依托,對其生化處理系統(tǒng)進行工程調試,重點考察了水溫、水力停留時間、容積負荷等參數對生化系統(tǒng)運行性能的影響。結果表明,溫度較高時(20~25℃),生化系統(tǒng)對COD和SS的平均去除率比較低水溫時(15~20℃)分別提升了15.79%與16.96%,達到81.66%與61.96%;延長生化系統(tǒng)水力停留時間至36 h,系統(tǒng)出水水質良好(COD<60 mg/L,SS<10 mg/L)。通過改變生化系統(tǒng)的水力停留時間可以使工藝出水水質達到造紙部分環(huán)節(jié)的用水水質標準。

11．蘇曉,祁麗,秦忠強,杜浩為,季民,強成良.梯度間歇投加Cr~(6+)對氨氧化菌群功能及結構的影響[J].中國給水排水,2017,33(13):77-81.

摘要：利用SBR反應器分析了梯度間歇投加Cr6+對有機質去除、硝化性能、硝化細菌活性及氨氧化菌群結構的影響。結果表明，間歇投加110 mg/L的Cr6+對活性污泥中異養(yǎng)菌沒有產生明顯的抑制作用。當Cr6+濃度達到4 mg/L時，硝化性能和硝化活性才受到明顯影響。Cr6+投加量越大，抑制效果越明顯，且恢復至初始水平所需要的時間也越長。氨氧化細菌經Cr6+梯度間歇投加馴化后，對Cr6+具有更高的耐受性。變性梯度凝膠電泳（DGGE）和克隆測序結果表明，AOB菌群逐漸由Nitrosomonas演變?yōu)镹itrosospira。

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策劃、編輯：衣春敏

微信制作：文凱