天津大学“水污染控制与资源化”课题组简介

成立时间：2008年

主要研究内容：

• 污水深度脱氮除磷与再生水处理技术

• 工业废水污染控制与资源化技术

• 城市河道综合治理与海绵城市建设技术

• 城市污泥厌氧消化强化预处理及混合发酵技术

• 用于污染修复的沉积物电生物化学系统

• 水中新兴污染物监测与控制技术

团队成员：

1名教授（季民），5名副教授（李茹莹、王芬、王灿、翟洪艳、赵迎新），44名博士与硕士研究生

科研基地：

• 天津市城市河道水质生态净化技术工程中心

• 天津大学秦皇岛环保研究院

团队承担主要项目：

• 国家水专项课题(十二五）：海河干流水环境改善关键技术与综合示范（2014-2017）

• 国家重点研发计划课题：再生水中难降解微量有机物去除技术与装备（2016-2020）

• 国家水专项(子课题）：北方城市大型污水处理厂除磷脱氮和污泥减量化技术研究与工程示范（2016-2019）

• 国家水专项子课题（十三五）：海河干支流河网联动水循环净化综合调控技术研究与示范（2017-2019）

• 国家水专项子课题（十三五）：中心城区海绵城市建设与运行管理技术体系构建与示范（2017-2019）

• 国家水专项（子课题）：存量隐性污染源及高潜在风险污染源治理技术集成与示范(2016-2018)

• 农业部公益项目：生活污泥沼气化处理利用技术及设备研究与示范(2013-2017)

2017年科研获奖：

• 化工废水全过程控制与资源化成套技术荣获天津市科技进步一等奖（2017）

活力团队

2017年发表的代表性SCI论文

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.

中文题目：多重阳极沉积物微生物燃料电池长期运行效果研究

中文摘要：本研究构建了不同阳极间距的多重阳极沉积物微生物燃料电池（SMFC），并考察了长期运行效果。结果表明，由于阳极面积的提高，多重阳极SMFC延长了产电持续时间，但是阳极间距对输出功率的影响有限。当温度低于20℃时，产电受到严重抑制，但当温度上升回室温时，系统产电可迅速恢复。系统中易氧化有机物（ROOM）的降解与难降解有机物的分解同时发生。沉积物中蠕虫的生长会破坏系统的稳定性，使上层水体的COD浓度升高，pH和溶解氧下降，并影响沉积物中的微生物群落结构。与甲烷的厌氧氧化相关的微生物ANME-2D 在阳极附近被富集，并可能对SMFC中的电子传递有利。

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.

中文题目：基于螺旋载体的生物膜反应器同步去除地下水中的硝酸盐和六价铬

中文摘要：开发了一种基于螺旋载体的生物膜反应器，可以同步去除地下水中的硝酸盐和铬酸盐。本文应用模拟地下水(NO3--N= 50mg/L)，研究了不同Cr(VI)浓度(0-1.0 mg/L)、碳氮比(C/N)(0.8-1.2)、水力保留时间(HRT)(2-16 h)和初始溶液pH(4-10)对反硝化和Cr(VI)去除效率的影响。当Cr(VI)浓度低于0.4 mg/L时，硝酸盐和Cr(VI)基本上完全去除，没有出现亚硝酸盐积累。随着Cr(VI)浓度增加至1.0 mg/ L，系统明显受到抑制，由于生物膜反应器中微生物经过驯化具有较强适应性，反应体系在6天内迅速恢复。结果表明，该生物膜反应器在低C /N = 0.9，HRT = 8h，初始pH = 7，Cr(VI)= 1.0 mg/L的条件下，能实现够实现硝酸盐(≥99%)和Cr(VI)(≥95%)的去除率。本研究所用技术可为同时去除地下水中的共存污染物提供一定参考价值。

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月发表）

中文题目：盐度和COD/N对双环型电极生物膜反应器脱氮和细菌群落的影响

中文摘要：开发了一种双环型电极生物膜电极反应器（BER），用于含盐市政废水中深度脱氮的研究。研究不同的盐度和COD/N条件下体系反硝化速率的变化。当盐度从0％增加到1.0％时，传统生物膜反应器（BR）和BER的反硝化性能受到抑制；然而，BER显示出更好的适应性和恢复能力。BER在1.0％的盐度和COD/N为2.5（理论化学计量2.86忽略微生物生长）下实现了较高的硝酸盐去除效率（≥90％）。BR中的Methylotenera mobilis和BER中的Clostridium sticklandii的丰度高于接种污泥。随着COD/N进一步降低，反硝化功能基因napA，nirS和nosZ基因的丰度也增加。在高盐度胁迫下，BER具有更高的反硝化效率，并且与BR相比，有机碳源（即甲醇）的消耗减少。BER系统中异养和自养反硝化菌的协同作用为生活污水中硝酸盐的去除提供了一种更为有效和可行的解决方案。

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.

中文题目：Ca(OH)2耦合多探头超声波对污泥EPS和细胞结构的破解及对高固厌氧消化的改善

中文摘要：研究了工业化规模单独及耦合Ca(OH)2和超声预处理对高固污泥（TS=8%）有机物的溶出、胞外聚合物（EPS）及细胞结构的破解和后续的厌氧消化性能。当使用0.04g/g-TS石灰耦合225kJ/kg-TS超声波预处理污泥时，可以获得最大的COD溶出差。单独0.04g/g-TS石灰和低功率超声波预处理只能破解EPS，而耦合预处理不仅可以增加EPS的破解程度，而且可以破解细胞结构。与单独预处理相比，耦合预处理可以获得更好的厌氧消化性能。当0.04g/g-TS石灰耦合225 kJ/kg-TS超声预处理时，累积甲烷产量比单独石灰预处理提高了36.7％。结果证明，当多探头超声波耦合Ca(OH)2预处理能够有效地破解高固污泥，并提高甲烷产率。

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.

中文题目：盐度对千屈菜水培微生态系统N、P去除途径的影响机制

中文摘要：人工湿地中氮磷去除途径包括植物吸收、水中微生物降解作用、根际环境微生物降解作用以及填料吸附。本研究对千屈菜水培微生态系统中不同氮磷去除路径的贡献比例进行了定量分析。发现淡水（0.05%盐度）中千屈菜对氮的吸收是主要除氮方式，根际微生物的降解作用仅次于千屈菜的吸收，而水中微生物对氮的降解作用最小；而此时除磷途径中，根际微生物降解作用为主要去除方式，千屈菜吸收作用仅次于根际微生物降解，水中微生物对磷的降解作用最小。在含盐水（0.5%盐度）下，根际微生物降解成为主要脱氮方式，千屈菜的吸收作用和水中微生物降解作用较0.05%盐浓度下均有所下降；除磷途径中微生物降解作用是主要方式，此外，盐浓度的提高使千屈菜吸收和根系微生物对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.

中文题目：某造纸白水处理厂的污染物去除效能与处理前后水质特性分析

中文摘要：本文进行了生化-过滤工艺处理造纸白水的生产规模实验研究，对物理化学和生物过程中污染物的去除效果进行了评估。实验结果表明，该系统悬浮固体（SS）的去除率达到99％以上，物理化学工艺去除SS达到97％左右。经过生物处理后，COD和色度的去除率分别达到97％和90％左右。分子量（MW）分布分析显示，处理后小分子量物质（<5kDa）增加。三维激发-发射矩阵荧光分析表明，处理过程中大部分类腐殖质物质被有效去除。气相色谱/质谱分析表明，废水中的典型有机组分甲基硅氧烷能够被有效去除。

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

中文题目：不同杀藻剂对铜绿微囊藻生长及微囊藻毒素释放的影响及其在河道中的去除途径比较

中文摘要：大量铜绿微囊藻的富营养化现象普遍存在，威胁着水生生态系统和人体健康。本研究对4种杀藻剂进行了试验，探讨其对铜绿微囊藻的细胞密度和叶绿素-a的影响。结果表明，与对照组相比，抑制90％以上细胞生长的硅酸铝试剂对铜绿假单胞菌生长具有最强的抑制作用。此外，研究了微囊藻毒素（MC）-LR的产生和释放。硅酸铝，CuSO4和Emma-11比连苯三酚更有效地破坏铜绿微囊藻的细胞，从而增加细胞外MC-LR的浓度。硅酸铝引起细胞外MC-LR浓度最高达45 mg/L以上。本实验还检测了生物毒性，以评估MC-LR释放的环境风险。当藻类溶液的生物毒性增加时，细胞外MC-LR浓度大多增加。实验还旨在揭示河流中的物理条件，如自然光照，曝气和河底污泥对MC-LR降解的影响。这些发现表明，在MC-LR降解过程中，太阳光中的紫外线可以实现超过15％的MC-LR去除效率。在MC-LR去除的所有物理途径中，河底污泥吸附法有着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.

中文题目：藻类有机物氯化过程中Br-THMs/DHANs的生成特点

中文摘要：许多溴化消毒副产物（DBPs）比其氯化类似物具有更高的毒性或潜在的健康风险，因此氯化消毒过程中溴化DBPs的生成特点成为人们关注的焦点。水体中频繁发生的藻类大量繁殖事件，使藻类有机质（AOM）成为DBPs的前体物。本文考察了溴离子存在时，不同氯化条件下AOM生成三卤甲烷（THMs）和二卤乙腈（DHANs）的摩尔浓度、种类分布和溴取代因子（BSF）。氯化过程中，AOM与天然有机物在THMs和DHANs的生成特性上有很多不同。AOM氯化过程中THMs和DHANs的生成和种类分布情况随接触时间发生变化。 反应时间延长，THMs的总浓度和溴代THMs的比例提高增加，而THM-BSF值在12或24 h的接触时间后稳定。较高pH条件下THMs的浓度和溴代THMs所占比例上升。THMs总生成量在短时间内（1-6 h）不随溴化物浓度增加而增加，但长时间的接触（48或72 h）可使THMs总浓度增加。AOM氯化过程中THM-BSF最高约为0.8。DHANs的总生成量随接触时间有一个快速增加然后下降的过程。DHAN-BSF值随pH值（在1-24 h的接触时间内）和溴化物浓度（在1-72 h的接触时间内）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

中文题目：化学药剂杀藻过程微囊藻毒素-LR的产生和释放研究

中文摘要：本研究的内容是CuSO4对铜绿微囊藻处理过程中MC-LR产生和释放的影响。结果显示在添加CuSO4后抑制铜绿微囊藻生长，同时释放一部分含有MC-LR的细胞内物质。在1.5 mg/L CuSO4作用下，细胞密度从14×106mL/mL降至4×106mL/mL。细胞外MC-LR从0.61μg/L增加到38.03μg/L。通过实验可以发现，当细胞繁殖时，微囊藻毒素是主要增加的代谢物。 CuSO4可通过影响细胞代谢而抑制MC-LR的产生；铜离子的浓度和藻细胞的吸附能力都会影响CuSO4的作用。本文提出，适当的剂量、pH值、剂量周期或反应时间可以达到对环境影响较小的效果。

10．田壮,方帅,王灿,季民,贾明昊,李晓光.某造纸厂纸机白水生化处理系统的工程应用研究[J].中国给水排水,2017,33(7):33-36.

摘要：以某草浆造纸厂纸机白水的升级改造工程为依托,对其生化处理系统进行工程调试,重点考察了水温、水力停留时间、容积负荷等参数对生化系统运行性能的影响。结果表明,温度较高时(20~25℃),生化系统对COD和SS的平均去除率比较低水温时(15~20℃)分别提升了15.79%与16.96%,达到81.66%与61.96%;延长生化系统水力停留时间至36 h,系统出水水质良好(COD<60 mg/L,SS<10 mg/L)。通过改变生化系统的水力停留时间可以使工艺出水水质达到造纸部分环节的用水水质标准。

11．苏晓,祁丽,秦忠强,杜浩为,季民,强成良.梯度间歇投加Cr~(6+)对氨氧化菌群功能及结构的影响[J].中国给水排水,2017,33(13):77-81.

摘要：利用SBR反应器分析了梯度间歇投加Cr6+对有机质去除、硝化性能、硝化细菌活性及氨氧化菌群结构的影响。结果表明，间歇投加110 mg/L的Cr6+对活性污泥中异养菌没有产生明显的抑制作用。当Cr6+浓度达到4 mg/L时，硝化性能和硝化活性才受到明显影响。Cr6+投加量越大，抑制效果越明显，且恢复至初始水平所需要的时间也越长。氨氧化细菌经Cr6+梯度间歇投加驯化后，对Cr6+具有更高的耐受性。变性梯度凝胶电泳（DGGE）和克隆测序结果表明，AOB菌群逐渐由Nitrosomonas演变为Nitrosospira。

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策划、编辑：衣春敏

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