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三級(jí)處理是廢水營(yíng)養(yǎng)物的“拋光機(jī)”，在當(dāng)今全球廢水處理需求不斷增長(zhǎng)以及排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格的情況下，其在城市廢水處理廠中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

然而，大多數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)中的城市廢水處理廠使用的是第一代三級(jí)處理工藝（例如：依賴額外碳源的脫氮和化學(xué)除磷），這引發(fā)了嚴(yán)重的可持續(xù)性問(wèn)題。

基于此，2024年8月2日，北京工業(yè)大學(xué)的彭永臻院士在國(guó)際期刊Nature Water上發(fā)表題為《Elemental sulfur-siderite composite filler empowers sustainable tertiary treatment of municipal wastewater even at an ultra-low temperature of 7.3?°C》的研究論文。

圖1：S⁰SCF的制備工藝及理化特性

為了實(shí)現(xiàn)有效且可持續(xù)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)拋光，作者采用基于液浸制粒技術(shù)的熔融-嵌入策略，開發(fā)了一種元素硫 (S⁰)-菱鐵礦復(fù)合填料 (S⁰SCF)。

作為工程應(yīng)用的先決條件，S⁰SCF克服了困擾傳統(tǒng)S⁰基反應(yīng)性填料的不良機(jī)械性能和安全問(wèn)題。

圖2：S⁰SCF填充床生物反應(yīng)器的設(shè)置和操作

S⁰SCF繼承了S⁰驅(qū)動(dòng)的高效自養(yǎng)反硝化作用，并獲得了高效的除磷能力，其除磷機(jī)制與S⁰驅(qū)動(dòng)的自養(yǎng)反硝化誘導(dǎo)Fe²⁺從菱鐵礦中浸出，以及隨后的Fe²⁺-PO₄^3-共沉淀有關(guān)。

在超低溫測(cè)試(7.3±0.3°C)期間，S⁰SCF填充床生物反應(yīng)器對(duì)氮氧化合物(NO₃^–和NO₂^–)(0.29±0.02kg N m^-3/天)和PO₄^3-(0.014±0.004kg P m^-3/天)表現(xiàn)出強(qiáng)勁的去除率，分別達(dá)到91.2±3.2%和81.4±7.8%。

圖3：菱鐵礦在S⁰SCF中的多重作用

同時(shí)，一氧化二氮排放量和游離硫化物的低水平產(chǎn)生量，進(jìn)一步突出了基于S⁰SCF營(yíng)養(yǎng)拋光的可持續(xù)性意義。

這項(xiàng)工作為開發(fā)低碳和環(huán)保的三級(jí)處理工藝提供了新的思路，為解決廢水處理行業(yè)的持續(xù)性危機(jī)邁出了必要的一步。

文獻(xiàn)信息：Zhao, Q., Wang, L., Jia, T. et al. Elemental sulfur–siderite composite filler empowers sustainable tertiary treatment of municipal wastewater even at an ultra-low temperature of 7.3?°C. Nat Water (2024). https://doi.org/10.1038/s44221-024-00285-8

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