飞灰衍生高纯二氧化硅气凝胶与纳米氧化铝颗粒：创新制备方法及在低碳废水处理中的应用潜力

【编辑推荐】本综述系统梳理了低浓度废水（COD≤1000 mg/L，TN≤100 mg/L）处理领域的前沿技术，重点解析了基于硫/黄铁矿的自养反硝化（AD）、厌氧氨氧化（anammox）等低碳生物工艺，以及羟基磷灰石沉淀等磷回收策略。通过对比传统异养工艺，提出生物过滤系统可降低68.2%的CO2排放，为碳中和目标下的废水处理提供了经济可扩展的解决方案。

　　

Highlight

生物过滤系统凭借其低碳可持续特性，成为低浓度废水处理的革命性方案。

Barriers to sustainable treatment of low-strength wastewater

低浓度废水（如生活污水）处理面临核心矛盾：尽管中国农村污水处理率逐年提升（2013-2021年），但传统工艺仍存在高能耗与有限资源回收能力的瓶颈。

Recent development of filter materials

生物滤料通过双重作用实现净化：既提供物理吸附界面，又作为微生物（如厌氧氨氧化菌、硫杆菌）的"生态公寓"。最新研究显示，农业废弃物改性滤料与金属掺杂复合材料可使微生物活性提升300%。

Pollutant removal mechanisms and microbial pathways in biofilters

生物膜在滤料表面形成"微型战场"，其中Enterobacter（肠杆菌）与Thiobacillus denitrificans（脱氮硫杆菌）协同作战，通过空间分层实现同步硝化反硝化（SND），将N₂O排放量压制到传统工艺的1/5。

Comparative Analysis of Carbon Emissions

碳足迹对决：自养反硝化生物滤池的CO₂排放量仅为异养工艺的31.8%，其中氧气消耗与COD降解环节节能效果最为显著。

Future directions in biofiltration and resource recovery technologies

如图6所示，未来技术将聚焦"变废为宝"：污泥基生物炭制备与电化学生物滤池联用，可实现磷回收率>85%的同时，将系统能耗降低40%。

Conclusion

生物过滤系统三大核心优势：

1. 1.

   碳中和技术路线：硫基自养反硝化使吨水处理碳排放减少2.3kg

2. 2.

   滤料创新：纳米氧化铝复合材料使NH₃-N去除率突破95%

3. 3.

   资源闭环：磷回收产物纯度达肥料级标准