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A novel online analyzer for accurate and rapid measurement of volatile fatty acids in anaerobic wastewater treatment

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Journal of Environmental Sciences 2022年第12期34卷 72-82页

作者： Qingshan Lin Yanchao Yuan feixiang zan Hui Lu Zongping Wang Gang Guo School of Environmental Science and Engineering Huazhong University of Science and Technology(HUST)Key Laboratory of Water and Wastewater TreatmentMOHURDWuhan 430074China Department of Environmental Science and Engineering Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China School of Environmental Science and Engineering Sun Yat-sen UniversityGuangzhou 510275China

Volatile fatty acids(VFAs), which are largely generated during the anaerobic acidification process, are considered to be reliable indicators of the stable process operation. However,the common methods for monitoring VFAs are offline, and they are typically manual requiring time-consuming, costly and complex instruments. This study aims to develop a novel online analyzer for automatic measuring VFAs, which was based on the 5-p H point titration, embedded with a proportional-integral-derivative(PID) feedback control system. The results show that it can achieve accurate and rapid monitoring of VFAs ranging between 0-400 mg/L(<9 min/sample) but simultaneously faces the problems of overtitration and interference of complex characteristics of wastewater. In order to improve its accuracy and stability, the effects of three general coefficients(K_(I),K_(P), and K_(D)) of PID on the titration were investigated, and the optimal values of K_(I), K_(P), and K_(D)were found to be 1.5, 1.0, and-1.0~0.5,respectively. Besides, the initial titration speed was set at 0.06 m L/min, equal to the minimum speed of the peristaltic pump, and the dichotomy approach was integrated into the PID feedback controller. Owing to the above improvements, the relative mean deviation and standard deviation of measuring VFAs in both synthetic and real wastewaters were mostly lower than 5.0% and 5.0 mg/L, proving the online analyzer is rapid, accurate and reliable.

关键词： Volatile fatty acids Online analyzer 5-pH point titration PID feedback control Anaerobic process

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In situ coagulation-electrochemical oxidation of leachate concentrate:A key role of cathodes

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Environmental Science and Ecotechnology 2023年第4期16卷 168-176页

作者： Huankai Li Qian Zeng feixiang zan Sen Lin Tianwei Hao Department of Civil and Environmental Engineering Faculty of Science and TechnologyUniversity of MacaoMacaoChina Department of Civil and Environmental Engineering The Hong Kong University of Science and TechnologyClear Water BayHong KongChina School of Environmental Science and Engineering Low-Carbon Water Environment Technology Center(HUST-SUKE)Huazhong University of Science and TechnologyWuhanChina

To efficiently remove organic and inorganic pollutants from leachate concentrate,an in situ coagulation-electrochemical oxidation(CO-EO)system was proposed using Ti/Ti_(4)O_(7)anode and Al cathode,coupling the“super-Faradaic”dissolution of *** system was evaluated in terms of the removal efficiencies of organics,nutrients,and metals,and the underlying cathodic mechanisms were investigated compared with the Ti/RuO_(2)-IrO_(2)and graphite cathode *** a 3-h treatment,the Al-cathode system removed 89.0%of COD and 36.3%of total nitrogen(TN).The TN removal was primarily ascribed to the oxidation of both ammonia and organic-N to N_(2).In comparison,the Al-cathode system achieved 3-10-fold total phosphorus(TP)(62.6%)and metal removals(>80%)than Ti/RuO_(2)-IrO_(2)and graphite *** increased removals of TP and metals were ascribed to the in situ coagulation of Al(OH)_(3),hydroxide precipitation,and *** the reduced scaling on the Al cathode surface,the formation of Al^(3+)and electrified Al(OH)_(3)lessened the requirement for cathode cleaning and increased the bulk conductivity,resulting in increased instantaneous current production(38.9%)and operating cost efficiencies(48.3 kWh kg_(COD)^(−1)).The present study indicated that the in situ CO-EO process could be potentially used for treating persistent wastewater containing high levels of organic and inorganic ions.

关键词： Leachate concentrate Electrochemical process in situ coagulation treatment Cathode material Removal mechanism

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层状双氢氧化物在环境修复领域中的研究进展

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化工进展 2023年第11期42卷 5801-5810页

作者：李致达石瑶张凤姣娄伟王琳玲盛安旭吴晓晖昝飞翔陈静华中科技大学环境科学与工程学院湖北武汉430074 湖南省工业固废资源化与安全处置工程技术研究中心湖南省和清环境科技有限公司湖南长沙410032

层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)具有优良的吸附与催化性能。作为一种近年来被环境领域密切关注的新型功能材料,LDHs被广泛应用于去除环境中的各种污染物。本文基于对过去十几年的文献与报道进行了聚类数据分析,介绍了L... 详细信息

层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)具有优良的吸附与催化性能。作为一种近年来被环境领域密切关注的新型功能材料,LDHs被广泛应用于去除环境中的各种污染物。本文基于对过去十几年的文献与报道进行了聚类数据分析,介绍了LDHs的制备与改性方法,总结了LDHs在环境领域中的应用。基于LDHs优异的性能,针对污染场景对LDHs进行功能改性,能够实现对特定污染物的去除,解决相应的环境问题。本文详细阐述了LDHs对染料废水、畜禽养殖和制药废水中的染料、抗生素等有机污染物的吸附和降解机制,并探讨了LDHs对采选冶废水中重金属的去除机制以及富营养化水体中氮、磷的治理,展望了LDHs在农田修复和二氧化碳捕集与资源化领域中的应用。本文为LDHs在环境领域中的应用作出较全面的总结,同时指出了LDHs研究目前存在的局限与挑战,为未来研究提供方向与思路。

关键词：层状双氢氧化物废水治理水体修复土壤修复二氧化碳捕集

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我国海洋环境典型新污染物的分布及生态效应

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海洋环境科学 2024年第6期43卷 825-840页

作者：揭晓蒙王文涛昝飞翔沈国锋王菊英中国21世纪议程管理中心北京100038 华中科技大学环境科学与工程学院湖北武汉430074 北京大学城市与环境学院北京100871 国家海洋环境监测中心辽宁大连116023

国内外广泛关注的新污染物包括持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素、微塑料等,近年来在海洋环境中被频繁检出,新污染物的分析检测方法、环境行为、毒性识别与风险评估等问题已成为海洋生态环境领域的研究热点。本文重点分析了全氟... 详细信息

国内外广泛关注的新污染物包括持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素、微塑料等,近年来在海洋环境中被频繁检出,新污染物的分析检测方法、环境行为、毒性识别与风险评估等问题已成为海洋生态环境领域的研究热点。本文重点分析了全氟/多氟烷基化合物、阻燃剂、内分泌干扰物、抗生素和微塑料等新污染物在我国海洋环境的污染现状和生态效应,并与其他国家及地区海洋环境中的新污染物分布进行了比较,以期为全面开展我国海洋新污染物的陆海统筹协同治理提供技术支撑。

关键词：全氟及多氟烷基化合物阻燃剂内分泌干扰物抗生素微塑料海洋环境生态效应

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废旧锂离子电池有价金属资源化利用的转化过程和潜在环境影响

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储能科学与技术 2024年第6期13卷 1861-1870页

作者：张玉超张凤姣娄伟昝飞翔王琳玲盛安旭吴晓辉陈静长江流域多介质污染协同控制湖北省重点实验室华中科技大学环境科学与工程学院湖北武汉430074 湖南省工业固废资源化与安全处置工程技术研究中心湖南长沙410032

随着新能源电动汽车市场的高速发展,产生了大量亟待处置的废旧锂离子电池。废旧锂离子电池正极材料中的有价金属含量丰富,具有巨大的回收价值,但回收过程中也会产生潜在的二次污染,对生态环境和作业工人产生危害。本文根据废旧锂离子电... 详细信息

随着新能源电动汽车市场的高速发展,产生了大量亟待处置的废旧锂离子电池。废旧锂离子电池正极材料中的有价金属含量丰富,具有巨大的回收价值,但回收过程中也会产生潜在的二次污染,对生态环境和作业工人产生危害。本文根据废旧锂离子电池的组成和结构,深入分析了正极材料有价金属在预处理、回收和再生三个环节中的转化历程和机制,讨论了杂质元素的干扰和响应对策。重点分析了预处理过程中电解质、有机黏结剂以及集流体铝箔对正极材料分离的影响,探讨了正极材料有价金属在回收和再生过程中的反应机制,包括传统的火法、湿法回收和新兴的再生工艺,从回收效率、能/物耗、环境影响等多个角度总结了工艺的特点。最后,对废旧锂离子电池正极材料资源化利用的发展方向和前景进行了展望。本文旨在为正极材料有价金属的高效资源化利用方法提供研究思路和选择依据。

关键词：废旧锂离子电池资源化有价金属反应机制环境影响

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层状双氢氧化物负载生物炭对磷酸盐的吸附性能研究进展

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环境化学 2023年第2期42卷 575-584页

作者：任树鹏齐宇彤石瑶昝飞翔刘萍赵泽州娄伟王琳玲陈静华中科技大学环境科学与工程学院武汉430074 湖南省工业固废资源化与安全处置工程技术研究中心长沙410032

层状双氢氧化物负载生物炭(layered double hydroxides functionalized biochar,LDHs@BC)对水体中磷酸盐具有优异的吸附性能,近年来受到了广泛关注.本文详细介绍了LDHs@BC的制备方法以及制备条件对其理化性质的影响,探讨了LDHs@BC对水... 详细信息

层状双氢氧化物负载生物炭(layered double hydroxides functionalized biochar,LDHs@BC)对水体中磷酸盐具有优异的吸附性能,近年来受到了广泛关注.本文详细介绍了LDHs@BC的制备方法以及制备条件对其理化性质的影响,探讨了LDHs@BC对水体中磷酸盐的吸附性能及机制,并且阐述了生物炭和层状双氢氧化物对磷酸盐吸附的协同作用及其机制,以期通过优化制备工艺参数定向调控LDHs@BC性能,显著提升LDHs@BC对磷酸盐的吸附效率.本文展望了LDHs@BC的应用前景,以期进一步推动LDHs@BC在水体修复中的应用和推广.

关键词：生物炭层状双氢氧化物磷酸盐吸附性能协同作用机制

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海藻酸钠改性硫化亚铁对Pb和Cd的同步吸附性能和机制

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环境化学 2024年第10期43卷 3504-3514页

作者：张凤姣娄伟赵泽州石瑶李致达盛安旭王琳玲昝飞翔吴晓晖陈静华中科技大学环境科学与工程学院武汉430074 湖南省工业固废资源化与安全处置工程技术研究中心长沙410032

采选冶废水下渗造成地下水Pb和Cd复合污染.本文通过交联技术制备了海藻酸钠改性硫化亚铁(FeS-SA),研究了FeS-SA对水中Pb和Cd的同步吸附动力学、吸附容量及MnO_(2)的影响,探讨了吸附机制及Pb的竞争吸附优势.研究表明,相对于FeS,FeS-SA具... 详细信息

采选冶废水下渗造成地下水Pb和Cd复合污染.本文通过交联技术制备了海藻酸钠改性硫化亚铁(FeS-SA),研究了FeS-SA对水中Pb和Cd的同步吸附动力学、吸附容量及MnO_(2)的影响,探讨了吸附机制及Pb的竞争吸附优势.研究表明,相对于FeS,FeS-SA具有更高的分散性和稳定性.FeS-SA颗粒尺寸更小更均一,吸附性能得到显著提升.相较于FeS,FeS-SA对Pb和Cd的吸附容量为637 mg·g^(−1)和334 mg·g^(−1),分别提升了90.6%和114%,对Pb和Cd的吸附亲和力也提升了1个数量级.FeS-SA对Pb和Cd的吸附机制主要包括≡S−表面络合、离子交换、海藻酸钠(SA)吸附和≡Fe−OH表面络合吸附4种,其中≡S−表面络合贡献了近85%的吸附量.混合体系中FeS-SA对Pb和Cd的吸附量为361 mg·g^(−1)和127 mg·g^(−1).与Pb相比(43.3%),Cd的吸附量较之单一体系下降幅度更大,为62.1%,这与FeS-SA对Pb具有更高的吸附亲和力和更快的吸附速率有关,因此,Pb在同步吸附中占据优势.由于SA有效阻隔了MnO_(2)对FeS的氧化,MnO_(2)对FeS-SA同步吸附Pb和Cd无显著影响(<4%).FeS-SA吸附性能和抗环境干扰性能的显著提升以及吸附机制的多样化表明其在环境修复中具有很大的应用潜力,本研究为FeS-SA在修复重金属复合污染地下水中的应用提供了数据支持和理论依据.

关键词：海藻酸钠改性硫化亚铁同步吸附铅镉吸附机制.

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微波耦合硫酸亚铁对铬渣的稳定化效果和机制研究

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环境科学与技术 2024年第9期47卷 74-81页

作者：郑敏慧张凤姣郭沨李瑜玥王琳玲盛安旭昝飞翔吴晓晖陈静长江流域多介质污染协同控制湖北省重点实验室华中科技大学环境科学与工程学院湖北武汉430074 葛洲坝集团生态环保有限公司湖北武汉430070

安全处置的铬渣常出现“返黄”现象,这与未溶解的含六价铬(Cr(Ⅵ))矿物再次释放Cr(Ⅵ)有关,因此在修复过程中,彻底溶解不稳定的含Cr(Ⅵ)矿物,使其充分释放Cr(Ⅵ)是实现铬渣长效稳定的关键。该研究利用微波(MW)快速溶解铬渣中Cr(Ⅵ)矿物... 详细信息

安全处置的铬渣常出现“返黄”现象,这与未溶解的含六价铬(Cr(Ⅵ))矿物再次释放Cr(Ⅵ)有关,因此在修复过程中,彻底溶解不稳定的含Cr(Ⅵ)矿物,使其充分释放Cr(Ⅵ)是实现铬渣长效稳定的关键。该研究利用微波(MW)快速溶解铬渣中Cr(Ⅵ)矿物——钙钒石,再耦合硫酸亚铁(FeSO_(4))实现了铬渣的高效稳定。MW辐照显著降低了钙矾石溶解的表观活化能(35.8 k J/mol),促进钙矾石快速溶解释放Cr(Ⅵ)。而FeSO_(4)水解酸化产生的硫酸(H2SO_(4))在MW场下进一步促进了含Cr(Ⅵ)矿物水滑石的溶解,实现了铬渣中Cr(Ⅵ)矿物的完全溶解。同时,MW显著提升了FeSO_(4)对Cr(Ⅵ)的还原效率,在低功率MW(462 W)耦合低剂量FeSO_(4)(w=21.5%)处理下,Cr(Ⅵ)的还原率达到100%。更为重要的是,MW促进了生成的三价铬(Cr(Ⅲ))固定在Cr(Ⅲ)矿物(Fe O·Cr_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3))晶格中,1年后未出现“返黄”,实现了铬渣的长效稳定。该研究为MW耦合FeSO_(4)在铬渣稳定化处理领域的应用提供了数据支持和理论基础。

关键词：微波铬渣促溶硫酸亚铁稳定化

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厨余垃圾与剩余污泥厌氧共消化效能及潜在应用:以武汉为例

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中国沼气 2023年第2期41卷 50-58页

作者：杨思范晓志罗希刘正苗雨吴晓晖昝飞翔华中科技大学环境科学与工程学院湖北武汉430074 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北省长江流域水环境综合治理工程技术研究中心湖北武汉430010 华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074

厌氧共消化是市政有机固废减量化资源化的主流工艺之一,然而湖北省武汉市仍缺乏具有本地代表性的厨余垃圾与剩余污泥厌氧共消化效能及潜在影响的相关研究。通过生化产甲烷潜力批式实验、动力学分析和共消化性能评估考察了武汉本地典型... 详细信息

厌氧共消化是市政有机固废减量化资源化的主流工艺之一,然而湖北省武汉市仍缺乏具有本地代表性的厨余垃圾与剩余污泥厌氧共消化效能及潜在影响的相关研究。通过生化产甲烷潜力批式实验、动力学分析和共消化性能评估考察了武汉本地典型厨余垃圾和剩余污泥的比例对厌氧共消化效能和潜在应用的影响。研究结果表明:厨余垃圾与剩余污泥共消化的产甲烷速率比厨余垃圾单独消化提高了40%~96%;厨余垃圾与剩余污泥的最佳比例为2∶1(基于VS),此时实际产甲烷潜力为408 mLCH_(4)·g^(-1) VS added,比理论叠加值提高了11.2%;厌氧消化的渗透率达到60%时,武汉本地的厨余垃圾和剩余污泥通过厌氧消化回收的能量高达6100万m^(3)CH_(4)·a^(-1)或2亿kWh·a^(-1),可以供应约7.6%的居民生活天然气需求量或1.7%的电力需求量,可为武汉本地乃至全国的厨余垃圾和剩余污泥共消化提供参考和指导意义。

关键词：厨余垃圾剩余污泥厌氧共消化甲烷热电联产

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Comprehensive strategy of conduit guidance combined with VEGF producing Schwann cells accelerates peripheral nerve repair

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Bioactive Materials 2021年第10期6卷 3515-3527页

作者： Ping Wu zan Tong Lihua Luo Yanan Zhao feixiang Chen Yinping Li Céline Huselstein Qifa Ye Qingsong Ye Yun Chen Department of Biomedical Engineering and Hubei Province Key Laboratory of Allergy and Immune Related Diseases School of Basic Medical SciencesWuhan UniversityWuhan430071China School and Hospital of Stomatology Wenzhou Medical UniversityWenzhouZhejiangChina CNRS UMR 7561 and FR CNRS-INSERM 32.09 Nancy University Vandoeuvre-lès-NancyFrance Zhongnan Hospital of Wuhan University Institute of Hepatobiliary Diseases of Wuhan UniversityTransplant Center of Wuhan UniversityWuhanHubei430071China Center of Regenerative Medicine Renmin Hospital of Wuhan UniversityWuhan430060China

Peripheral nerve regeneration requires stepwise and well-organized establishment of *** local delivery of VEGF-A in peripheral nerve repair is expected to promote angiogenesis in the microenvironment and Schwann cells(SCs)play critical role in nerve repair,combination of VEGF and Schwann cells may lead to efficient peripheral nerve ***-A overexpressing Schwann cells were established and loaded into the inner wall of hydroxyethyl cellulose/soy protein isolate/polyaniline sponge(HSPS)*** HSPS is mechanically distorted,it still has high durability of strain strength,thus,can accommodate unexpected strain of nerve tissues in motion.A 10 mm nerve defect rat model was used to test the repair performance of the HSPS-SC(VEGF)conduits,meanwhile the HSPS,HSPS-SC,HSPS-VEGF conduits and autografts were worked as *** immunofluorescent co-staining of GFP/VEGF-A,Ki67 and MBP showed that the VEGF-A overexpressing Schwann cells could promote the proliferation,migration and differentiation of Schwann cells as the VEGF-A was secreted from the VEGF-A overexpressing Schwann *** nerve repair performance of the multifunctional and flexible conduits was examined though rat behavioristics,electrophysiology,nerve innervation to gastrocnemius muscle(GM),toluidine blue(TB)staining,transmission electron microscopy(TEM)and NF200/S100 double staining in the regenerated *** results displayed that the effects on the repair of peripheral nerves in HSPS-SC(VEGF)group was the best among the conduits groups and closed to ***-SC(VEGF)group exhibited notably increased CD31+endothelial cells and activation of VEGFR2/ERK signaling pathway in the regenerated nerve tissues,which probably contributed to the improved nerve ***,the comprehensive strategy including VEGF overexpressing Schwann cells-mediated and HSPS conduit-guided peripheral nerve repair provides a new avenue for nerve tissue engineering.

关键词： Angiogenesis Nerve regeneration Endogenous secretion Schwann cells Vascular endothelial growth factor-A(VEGF-A)

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