《安全环境-环保技术》之光催化与生物降解直接耦合技术处理废水的机制、进展和环境应用 VIP免费

光催化与生物降解直接耦合技术处理废水的机制、进展和环境应用近日，湖南大学汤琳课题组在WaterResearch上发表了题为“Intimatecouplingofphotocatalysisandbiodegradationforwastewatertreatment:Mechanisms,recentadvancesandenvironmentalapplications”的综述论文(DOI:10.1016/j.watres.2020.115673)。光催化与生物降解直接耦合（Intimatecouplingofphotocatalysisandbiodegradation，ICPB）技术是结合了光催化技术和生物处理的新型废水处理技术，具有低成本、环境友好和可持续等优点，在废水处理领域具有良好的应用前景。ICPB体系主要由光催化材料、多孔载体和生物膜組成。ICPB技术打破了必须在不同反应器中分别进行光催化反应和生物降解的传统观念，提高了污水的净化能力，并节省成本。这篇综述总结了目前ICPB体系光催化剂、多孔载体和生物膜的最新进展，并着重探究了反应机理和反应器构造。此外，还对ICPB体系在环境和能源领域的应用前景进行了展望。全文速览这篇综述总结了ICPB体系的最新进展，首先分别讨论了ICPB中的吸附，光催化和生物降解的协同效应，自我调节机制，共同底物与竞争机制。然后总结了ICPB中光催化材料、多孔载体和生物膜的最新进展。接着介绍了光催化循环床生物膜反应器（PCBBR）的发展并总结了不同PCBBR构造的优缺点。另外还介绍了ICPB体系在废水处理和能源转化中的各种应用。最后对ICPB体系的未来发展提出展望。这篇综述将为未来ICPB体系在废水处理中更好的应用和创新设计提供理论建议。引言随着水中各种新型污染物的出现，以活性污泥法为代表的传统污水处理技术由于难以降解高浓度、结构复杂的难降解污染物而面临困境。以光催化氧化技术为代表的高级氧化(AOPs)技术作用快，但其依赖自由基反应的无选择性降解会导致一系列过度氧化问题。传统技术难以在同一反应器中进行光催化反应和生物处理的原因主要是由于光催化反应快速且无选择性，因此很难将光催化反应的产物控制在可生物降解的范畴。本工作综述了ICPB技术，该技术允许光催化反应和生物降解同时发生，不仅可以去除难降解污染物，而且还提高了矿化效率并降低了运行成本。图文摘要ICPB体系的反应机制Fig.1.TheproposedmechanismspossiblyactingintheICPBsystem:thesynergisticeffectofadsorption,photocatalysisandbiodegradation.Copyright2020,ElsevierInc.ICPB作为一种新颖的废水处理技术，在去除和矿化生物难降解污染物方面显示出巨大的潜力。图1中提出了在ICPB体系中可能起作用的机理。多孔载体可以从废水中吸附生物难降解污染物，并增强其向光催化剂表面的转移，同时在光催化剂表面产生各种ROS自由基，从而促进污染物的光催化降解。光催化降解的产物进一步被转移到载体中，并在生物膜内被降解，然后被进一步矿化成二氧化碳和水。在ICPB体系中，吸附、光催化和生物降解是同时发生，而不是完全独立的。整个过程在ICPB中起着平衡的作用，这种平衡称为协同效应。Fig.2.SchematicillustrationfortheenhancedphotocatalyticreactivitydegradationofMOinEr3+:YAlO3/TiO2coatedcarrierundervisiblelightirradiation.Adaptedfrom(J.Chem.Technol.Biotechnol.,2015,90,885).Copyright2020,ElsevierInc.Fig.3.Thepictureofthesponge-typecubeandSEMimagesoftheinteriorandexteriorofthepolyurethanesponge.Adaptedfrom(Environ.Sci.Technol.,2011,45,8359).Copyright2020,ElsevierInc.Fig.4.Relativeabundancesofthebiofilmgenerafromtheinitialinoculumtotheendofcycle6.Theabundanceispresentedintermsofthepercentageoftotaleffectivemicrobialsequencesineachsample.Thegraybarrepresentsthesumofalllow-abundancegenera.Adaptedfrom(Chem.Eng.J.,2017,316,11).Copyright2020,ElsevierInc.如Figs.2-4所示，本综述分别举例讨论了光催化材料（Fig.2）、多孔载体（Fig.3）和生物膜（Fig.4）在ICPB体系中的最新进展。迄今为止，已经开发了许多光催化材料来处理ICPB中的废水。研究最多的光催化材料是TiO2基光催化剂，例如SiO2-TiO2、Ag-TiO2、N-TiO2和Er3+：YAlO3/TiO2。载体是ICPB体系中关键的一环，它可...