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近年来，抗生素的滥用导致水体中抗生素含量逐渐增多，对人类健康及生态系统造成严重的威胁。然而，传统的物化法及生物处理法对污水中低浓度的抗生素处理效果普遍较差[1]。正渗透是新兴的膜分离技术，具有耗能低、操作条件要求低以及汲取液来源广等优势。有研究[2]发现，正渗透可以有效截留微量有机物，可有效去除污水中残留的抗生素、内分泌干扰物等。
混凝是常见的生活污水和工业废水的预处理方法，可去除废水中的悬浮物、胶体物质及部分有机物[3]。然而，混凝对抗生素的去除效果普遍较差。相关研究表明，正渗透对卡巴多及磺胺类抗生素[4]的去除率均小于5%，对四环素类抗生素[5]和甲磺酸曲伐沙星[6]去除也很有限。另外，作为常规污水处理的重要环节，混凝对后续膜处理的影响不能忽视。KIMURA等[7]关于混凝预处理对超滤和纳滤过程膜污染的研究表明，污染物在混凝环节去除越彻底，后续过程膜污染程度越轻。SUN等[8]研究混凝-超滤联合工艺中混凝预处理对膜污染的影响，指出在最佳混凝条件下膜污染程度最轻。混凝絮体在膜表面形成滤饼层，对水通量、污染物和盐通量均有不同的影响，而关于混凝对正渗透膜污染的研究较少。
本研究将混凝-正渗透工艺联用，探究了混凝剂的种类及其投加量对膜污染的影响，并且比较了不同污染情况下正渗透运行特性和抗生素的截留效果，此外，还分析了错流清洗条件对膜通量恢复率的影响。
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实验试剂：头孢他啶(CAZ)、腐殖酸(HA)、聚合氯化铝(PAC)、氯化铁(FeCl3)、硫酸铝(Al2(SO4)3)、氯化钠(NaCl)、氢氧化钠(NaOH)均为分析纯；实验使用的正渗透膜为丹麦Aquaporin A/S公司生产的水通道蛋白膜。
实验仪器：电子天平(WN-Q20S，苏州奥豪斯电子科技有限公司)；电导率仪(DDSJ-308F，上海雷磁精密科学仪器有限公司)；COD消解仪(DRB200，哈希水质分析仪器有限公司)；高效液相色谱仪(LC-20AT，岛津公司)；pH计(SC200，哈希水质分析仪器有限公司)；粒度电位仪(Zetasizer Nano，德芮克国际股份有限公司)；Longer蠕动泵(YZ1515x-A，保定兰格恒流泵有限公司)；水浴锅(HH-S6，江苏佳美仪器制造有限公司)。
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称取1 g HA溶解到1 L 0.01 mol·L−1 NaOH溶液中，高速搅拌2 h后，制得HA标准储备液，在4 ℃下保存。模拟水样使用自来水配制，其中，HA含量为10 mg·L−1、CAZ为2 mg·L−1、NaCl为1.5 g·L−1。
将模拟水样pH调至7.0，分别投加PAC、FeCl3和Al2(SO4)3对水样进行预处理，混凝条件为200 r·min−1快速搅拌2 min，60 r·min−1慢速搅拌20 min，40 r·min−1慢搅10 min，静置沉淀30 min。取上清液作为后续FO实验的原料液。
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FO实验装置如图1所示。膜组件有2个对称膜池，膜池尺寸为：长110 mm，宽25 mm，高10 mm。实验选用FO模式。汲取液为30 g·L−1 NaCl溶液。膜表面流速为76 cm·min−1，温度为25 ℃。FO实验过程中须测定水通量(JW)、NaCl返混通量(JS)及CAZ截留率的变化。其中JW通过汲取液质量变化求得；JS由原料液电导率的变化得到；CAZ截留率则通过实验前后原料液中CAZ浓度变化来计算。
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实验结束后，用去离子水进行错流膜冲洗，清洗速度分别为76 cm·min−1和38 cm·min−1，时间分别为30 min和60 min。清洗结束后，以去离子水作为原料液进行膜通量恢复率实验，其他条件同FO实验。经清洗后污垢膜的水通量与清洁膜水通量之比即为膜通量恢复率。
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通过COD值间接表征HA的浓度。COD采用比色法测定；CAZ浓度采用高效液相色谱法(HPLC)测定；Zeta电位使用Zetasizer Nano系列粒度电位仪测定；膜表面显微形貌通过s-4700扫描电子显微镜观察；膜表面元素组成及含量通过ESCALAB 250型X射线光电子能谱仪分析。
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不同混凝剂预处理后，水样中HA及CAZ的去除效果如图2所示。由图2可以看出，混凝剂的种类及其投加量对原料液预处理效果的影响较大。随着PAC投加量的增加，HA去除率呈先升高再下降的趋势。投入PAC后，由于PAC与HA之间的化学吸附架桥作用，导致大颗粒的形成，因粒子发生电中和而失去带电性[9]，胶体系统脱稳产生了沉淀现象。当PAC投加量较少(如10 mg·L−1)时，胶粒电中和未完全，粒子沉淀效果较差，HA去除率仅为46.8%；当PAC投加量为20 mg·L−1时，电中和较完全，胶粒之间斥力较小，沉淀效果较好，HA去除率增加到85.2%；但当PAC投加量继续增加到40 mg·L−1或50 mg·L−1时，体系发生了返混现象，HA去除率降低。对于FeCl3和Al2(SO4)3来说，投加量分别为40 mg·L−1和50 mg·L−1时，混凝沉淀效果达到最好。因此，从投加量上考虑，PAC作为混凝剂去除HA的方法最为经济。而混凝预处理对CAZ的去除效果不佳，去除率均小于10%。因此，须后续处理来提高水中CAZ的去除效果。
经混凝预处理，上清液Zeta电位的变化情况如图3所示。由图3可知，随着PAC投加量的增加，水样Zeta电位绝对值呈先减小后增大的趋势。PAC投加量从20 mg·L−1增至30 mg·L−1时，Zeta电位由负转正，其绝对值均较低；当PAC投加量继续增加，Zeta电位开始正向增大，这说明此时混凝剂投加过量；当PAC投加量达到50 mg·L−1时，Zeta电位为8.43 mV，此时，其绝对值最大。当FeCl3投加量为40 mg·L−1时，Zeta电位绝对值最小，与混凝效果在此条件下最优相对应；同样，Al2(SO4)3投加量为50 mg·L−1时，Zeta电位绝对值最小，此时混凝效果最佳。
Zeta电位绝对值越低，HA去除率越高，这与已有研究[10]的结果一致。随着混凝剂的投加，发生压缩双电层、电中和等作用，水样Zeta电位逐渐趋向于0，此时粒子趋于凝聚，混凝沉淀效果较好。但过量投加混凝剂会使胶体Zeta电位变为正值，发生再稳定现象，混凝效果变差。
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混凝预处理对水通量的影响如图4所示。如图4所示，当原料液不进行混凝预处理时，水通量最低，为3.0~6.3 L·(m2·h)−1。在PAC、FeCl3及Al2(SO4)3为最佳投加量的条件下，水通量均达到最高，分别为7.2~10.9 、9.1~11.9、8.1~10.9 L·(m2·h)−1。此外，混凝剂种类对水通量也有一定影响。经PAC预处理后，水通量较稳定，但水通量值较低。例如，当PAC投加量为30 mg·L−1时，预处理后的水通量为5.9~8.2 L·(m2·h)−1，而FeCl3和Al2(SO4)3预处理后，水通量分别达到了7.0~9.8 L·(m2·h)−1和7.3~10.1 L·(m2·h)−1。
水通量受膜表面污染层的影响较大，原料液中HA浓度越高，FO过程中形成的膜污染层越厚。随着FO实验的进行，污染层逐渐被压实，水分子所受的阻力增强，导致水通量降低。MI等[11]针对污染层对水通量的影响进行了研究，发现致密的污染层一旦形成，便可观察到水通量快速下降的现象。此外，污染层中积累的盐导致污染层的渗透压显著增加，降低了渗透驱动力，从而导致水通量降低。BELL等[12]通过一些方法去除污染层中的钠、氯等无机离子，发现水通量可有一定的提升。此外，水通量还与原料液的Zeta电位有关。Zeta电位绝对值越小，粒子越倾向于凝聚[13]，在膜表面形成的污染层越密实，水分子跨膜运输时所受位阻作用越强，水通量越低。
混凝预处理对NaCl返混通量的影响如图5所示。由图5可知，原料液未经预处理时，FO过程中NaCl返混通量最低，为53.1~55.7 g·(m2·h)−1。预处理后，NaCl返混通量均增加。整体来看，除3种混凝剂浓度均为20 mg·L−1外，其他浓度条件下，经Al2(SO4)3预处理后，盐返混通量较高。而较高的盐返混通量对于正渗透是不利的。因此，宜选用其他2种混凝剂来进行预处理。
此外，盐返混通量与HA去除率的变化规律一致。分析其原因为：预处理后原料液中残留的HA量越多，在膜表面形成的污染层越厚，污染层中累积的反向扩散过膜的NaCl就越多，进而导致浓差极化现象越明显。这种现象在一定程度上减缓了汲取液溶质向原料液的反向扩散，使NaCl返混通量降低。BOO等[14]研究了胶体污染对FO过程中盐返混的作用，发现盐从汲取液扩散到原料液并聚集在污染层中，导致盐的进一步反向扩散受到阻碍。XIE等[15]指出污染层厚度是影响溶质返混的主要因素，这与本研究的结论一致。
混凝预处理对FO过程中CAZ截留效果的影响如图6所示。由图6可知，FO过程对CAZ的截留效果较好，截留率均大于82%。原料液不进行预处理时，污染层最厚，对CAZ的截留效果最好，为97.1%。随着FeCl3投加量的增加，原料液中HA浓度变小，从而使FO过程形成的污染层变薄，对CAZ的截留作用有所减弱；当FeCl3投加量继续增加到50 mg·L−1时，混凝效果变差，原料液中HA浓度较大，污染层厚度增加，对CAZ的截留作用增强。
污染层的厚度显著影响了CAZ的截留效果。这主要归因于CAZ跨膜运输时所受的位阻作用。污染层越厚，CAZ所受位阻作用越强，截留率越高。虽然返混的盐会在污染层中积累从而增强浓差极化现象，使水通量和盐返混通量均降低的同时，减少了CAZ跨膜扩散时所受的阻力，理论上CAZ扩散更易，但由于污染层的存在，CAZ扩散时所受污染层阻碍作用占主导，使CAZ截留率升高。XIE等[16]研究了正渗透中HA污染层对卡马西平(CBZ)和磺胺甲恶唑(SMZ)在膜表面转移的影响规律，结果表明，随着HA浓度的增加，CBZ和SMZ的截留率均有所增加，这与本研究结果相一致。
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污染膜经清洗后，膜通量恢复率的变化如图7所示。由图7可知，通过物理清洗，膜通量恢复率均较高，这与已有研究[17]报道的结果一致。FO膜被HA模拟水样污染后，清洗时间对膜通量恢复率的影响较大；而经混凝预处理后污染的膜来说，清洗速度对膜通量恢复率的影响较大。对比污染膜表面元素组成及含量的变化，发现经FeCl3预处理后，膜表面铁元素质量分数为5.78%，而PAC和Al2(SO4)3预处理后膜表面铝元素质量分数分别为3.69%和2.42%，由此推测，这是FeCl3预处理后污染层更难清洗的原因之一。
图8为清洁膜及污垢膜清洗前后的SEM图像。对比污染膜清洗前后的膜表面形态，HA模拟水样污染形成的污垢层厚而松软，如图8(b)所示。水样经30 mg·L−1FeCl3预处理后，污染层变得薄而密实，如图8(d)所示。以76 cm·min−1速度清洗60 min后，此时，膜表面形态如图8(c)和图8(e)所示，污染层绝大多数被去除，膜表面形态大致可恢复到被污染前的状态。FO膜污染的可逆性使FO技术在污水治理方面的应用具有广阔的前景。
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1)混凝预处理对正渗透过程中膜污染程度的影响是由原料液中HA残留量以及Zeta电位共同决定的。HA残留量越多，膜污染过程产生的滤饼层越厚；Zeta电位绝对值越小，FO过程产生的滤饼层越密实。滤饼层的厚度及密实度对正渗透过程中水通量、NaCl返混通量以及抗生素截留率均可造成一定的影响。
2)混凝预处理后，正渗透水通量有所增加，在混凝剂最佳投加量条件下，水通量达到最大值；混凝预处理后，盐返混通量随污染层厚度的减小而增加；此外，CAZ截留率随污染层厚度的减小而减小。
3)污垢膜经清洗后，膜通量恢复率较高。以76 cm·min−1错流速度清洗1 h后，膜通量恢复率均大于94%。污染层较厚，宜延长清洗时间；污染层较密实，宜提高清洗速度。
混凝对正渗透过程中抗生素去除特性及膜污染的影响
Effect of coagulation on antibiotic removal efficiency and membrane fouling during forward osmosis
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摘要: 为探明混凝预处理对正渗透去除抗生素的影响以及混凝对后续膜处理的影响，选用PAC、FeCl3、Al2(SO4)3对正渗透原料液进行混凝预处理，考察了混凝预处理对正渗透水通量、NaCl返混通量、抗生素截留率及膜污染的影响。结果表明：混凝预处理对正渗透过程中膜污染程度的影响由原料液中HA残留量以及Zeta电位共同决定；经混凝预处理后，原料液中腐殖酸残留量越多，正渗透过程中所形成的滤饼层越厚，原料液Zeta电位绝对值越低，形成的滤饼层越密实。滤饼层的形态影响正渗透的浓差极化作用，进而影响正渗透的运行特性及抗生素的截留效果，同时决定了膜清洗的难易程度。Abstract: To determine the effects of coagulation pretreatment on the removal of antibiotics by forward osmosis the subsequent membrane treatment, PAC, FeCl3 and Al2(SO4)3 were used to conduct coagulation pretreatment. The effects of coagulation pretreatment on water flux, NaCl reverse flux, antibiotic rejection and membrane fouling during forward osmosis were investigated. The results showed that both HA residues in raw material liquor and zeta potential determined the effect of coagulation pretreatment on membrane fouling level. After coagulation pretreatment, the more residual HA led to the thicker filter cake layer, and the lower absolute value of Zeta potential resulted in the denser filter cake layer. The morphology of the filter cake layer affected the concentration polarization of the forward osmosis, and further affected operating characteristics of forward osmosis and antibiotic rejection, then determined the ease of membrane cleaning.
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Key words:
- coagulation /
- forward osmosis /
- ceftazidime /
- membrane fouling
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20世纪50年代后，工业的发展和人类生活条件的改善得到不断推进，同时也制造了很多化学污染物，加剧了水资源的污染。开采业、农业、畜牧业、食品加工业、印染业 、医疗产业和城市生活垃圾渗透液等都产生了大量、复杂、有毒、持久性的和难去除的污染物，这些污染物通过废水、污水进入了地表水源或者地下水，破坏了生态环境[1-4]。治理水污染，使废水、污水能够再利用，提高水资源利用效率是解决水资源匮乏、保护生态环境的重要途径。电化学技术是通过在特定的电化学反应器中外加电场调控电子定向转移，使水中污染物在反应器中发生特定的物理、化学反应，从而被去除的过程。包括电氧化、电还原、电渗析、电絮凝、电吸附、电气浮、内电解和电芬顿等常用技术。相对传统处理方法，用电化学处理水污染有着可避免二次污染、可深度并有选择性的去除污染物、处理条件温和易实现自动化和规模化、且可与其他处理方法相结合，形成降解能力强的复合处理工艺等优点。还可以有效地回收污水、废水中的金属离子、营养物质、硫、氢和化合物，使废水资源化。电化学技术已经成为目前处理污水、废水的优选技术[5-6]。
本研究对电化学水处理相关的SCI期刊论文进行检索和分析，总结电化学水处理领域的国际论文的发文特点和趋势，揭示该领域的研究前沿发展方向，以期为科研人员的研究规划和国际合作提供科学支撑。
1. 数据获取
数据来源于科睿唯安（Clarivate Analytics）的Web of Science核心合集的SCI数据库（SCI-Expanded，
http://apps.webofknowledge.com ）。检索时间为2021年5月，检索年限为2011～2020年。经查重后获得4 177条数据，检索结果见表1。 以主题做为检索字段，以电化学技术和污水、废水处理为检索式进行检索，得到结果最多、最为全面，为3 767条。通过进一步限制检索范围，分别检索电化学处理技术在工业废水、农业废水、城市废水和医疗废水中的应用频率[7] ，结果显示，用电化学技术处理工业废水的应用更为频繁和广泛，检索出1 479条。电化学水处理技术在农业、畜牧业污水的处理中应用面不大，只检索到90条数据。该技术在处理城市生活污水和医疗废水中也有一定的应用，分别检索到349和196条数据。表 1 SCI收录电化学水处理文献检索结果检索内容和检索式 检索结果 电化学技术在水处理中的应用TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or "electro*......） and TS=(“*water* *treatment*” or “*water* purif*” or “*water* cleans*”......) 2 034 电化学技术处理污水、废水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or .......） and TS=（wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “contaminat* water*” or.......) and TS=(*treatment or purif* or cleans* or remov* or disinfect* or steriliz* or remediat*......) 3 767 电化学技术处理工业废水TS=("electro* chemi* technolog*" or"electro* oxida*" or "electro* flocculat*" or.......） and TS=（wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*” or ......) and TS=（Industr* or metallurg* or produc* petrochemical or petroleum or “natural gas” or desalinat* or ......） 1 479 电化学技术处理农业、畜牧业废水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or "electro* coagulat*"or ......） and TS=（wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*” or......)and TS= (agricultur* or farmland or rural or pesticide* slaughterhouse*or ......) 90 电化学技术处理医疗废水TS=("electro* chemi* technolog*" or"electro* oxida*" or "electro* coagulat*"or.......） and TS=（wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*”or......) and TS=(municipal* or domestic* or sanitary) 196 电化学技术处理生活污水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* coagulat*" ...... and TS=（wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*”or......) and TS=(hospital or medic* or pharmac*or......) 349 合计 8 232 查重 4 177 | Show Table
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2. 结果与分析
2.1 全球发文情况
根据Web of Science的检索结果，2011～2020这10年间，在电化学处理水污染的方面，全球共发文4 177篇，见图1。总发文量由2011年的204篇增长到2020年768篇，呈逐年递增的趋势。
发文量最多的前10的国家分别是中国、印度、西班牙、美国、巴西、伊朗、墨西哥、韩国、加拿大和土耳其，共3 111篇，占总发文量的74.45%。其中，中国1 626篇，明显领先于其他国家，占全球总发文量的38.93%，尤其2019和2020年发文量占到全球的近1/2。其他9国发文量也呈逐年上升的趋势，特别是近5年发文量逐年增加，见表2。
表 2 10年内电化学处理水污染相关文章全球及Top10国发文量分析篇 t/a 中国 印度 西班牙 美国 巴西 伊朗 墨西哥 韩国 加拿大 土耳其 合计 中国所占比例/% 2011 62 12 11 17 10 7 21 23 12 15 190 30 2012 67 12 21 15 10 9 11 15 12 10 182 29 2013 83 16 17 9 11 8 19 21 13 9 206 33 2014 92 33 14 23 13 5 13 11 13 11 228 31 2015 130 23 29 16 21 11 19 11 12 6 278 34 2016 166 25 21 24 20 12 12 7 7 3 297 40 2017 189 28 23 25 20 15 11 11 9 9 340 38 2018 217 29 38 31 24 16 8 8 7 5 383 40 2019 269 35 33 28 30 21 6 5 11 5 443 46 2020 351 65 38 32 34 23 4 5 6 6 564 46 合计 1 626 278 245 220 193 127 124 117 102 79 3 111 | Show TableDownLoad:
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用知识图谱可视化软件VOSviewer分析全球发文国家的合作关系，见图2。与People r China合作关系较为紧密的有Japan、Singapore、Danmark、SSweden等国家。与USA存在合作关系的国家较多，除了与Australia合作较多，还有很多亚洲国家，如India、South Korea、Vietnam、Thailand等国家及Taiwan Province of China。Sapain与Brazil、Mexcio、Colombia、Chile的合作更为紧密。另外，Canada、France、Mocrocco等也存在广泛的合作关系。而Iran、Turkey、Germany、Portugal、Greece等国家也组成了一个合作小组。
2.2 研究领域及研究趋势
基于Web of Science的学科分类，电化学水处理方面的研究主要涉及环境科学和生态学、工程和化学等领域，见表3。其中，环境科学和生态学领域以及工程领域的发文量超过总发文量的10%，分别为15.3%和13.3%。环境科学和生态学、工程、电化学、化学、工程-环境科学和生态这5个领域的发文总和占有全部发文量的一半以上。另外，电化学水污染的研究在工程-水资源、工程-环境科学和生态-水资源、化学-工程、农业-生物技术和微生物应用-能源和燃料、化学-电化学这些领域的发文量也占有一定的份额，大约占总发文量的20.2%。
表 3 电化学水处理在不同研究领域发文数量及所占比例研究领域 发文数量 所占比例/% 环境科学和生态学 640 15.3 工程学 555 13.3 电化学 382 9.1 化学 365 8.7 工程；环境科学与生态学 307 7.3 工程；水资源 246 5.9 工程；环境科学与生态学；水资源 234 5.6 化学；工程学 151 3.6 农业；生物技术与应用微生物学；能源与燃料 114 2.7 化学；电化学 99 2.4 其他 1 084 26.0 | Show TableDownLoad:
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为了揭示研究现状和前沿，本文对2019和2020年的发文提取关键词，并用VOSviewer对关键词进行聚类分析，见图3。小球越大表示此关键词出现的次数越多，小球之间的连线表示两关键词间存在一定相关性。2019～2020年，根据发文关键词的数量多少及相关性，可将全球的研究区分为4个群组。研究热点分别为红色群组的“吸附”“氧化”“水溶液”等；绿色群组的“性能”“微生物电解槽”“除磷”等；蓝色群组的“降解”“电化学氧化”“掺硼金刚石（电极）”等；黄色群组的“去除”“电絮凝”“酸性”等。
进一步对关键词群组进行分析，总结每个群组研究主要内容、使用的技术和去除的主要污染物，以及所关注的技术要点和参数，见表4。
表 4 2019～2020年电化学处理水污染相关文章研究方向及技术要点群组 研究方向 使用技术 去除污染物 技术要点和参数 红色 海水淡化，饮用水，地下水 电氧化，吸附，电还原，电沉积 重金属，六价铬，亚甲蓝，纳米颗粒，硝酸盐，亚硝酸盐，氮 动力学，电极，活性炭，催化剂，石墨烯，碳纳米管，能量，电容去离子，传感器 绿色 污水污泥，活性污泥 降解，电解，零价铁，微电解，生物降解 氨，有机质，磷酸盐 性能，微生物电解槽，反应器，酸碱度，温度，膜生物反应器，微生物群落，发电 蓝色 个人护理产品，药品，抗生素 降解，电化学氧化，阳极氧化，光催化降解，臭氧氧化，电芬顿 抗生素，偶氮染料，双酚A，有机污染物，磺胺甲恶唑，过硫酸盐 掺硼金刚石，矿化作用，毒性，双氧水，羟基自由基，降解途径，BDD阳极 黄色 垃圾渗滤液 电絮凝，电化学降解 染料，苯酚，污染物，合成有机染料 酸性，活性氯，阳极，表征，COD，能源消耗，二氧化铅电极，响应面法 | Show TableDownLoad:
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为了更近一步预测研究趋势和应用范围，对2019和2020年被引频次>20次的发文，剔除广泛性和普遍性使用的关键词后再次进行聚类分析，见图4。红色小球表示个人护理产品和药品，绿色小球表示污水污泥，黄色小球表示海水淡化和地下水，紫色小球表示垃圾渗滤液和饮用水，这几方面仍然是近年的主要研究方向。而主要污染物的去除将会集中在抗生素（包括四环素）、微生物污染物、苯酚、金属铬及六价铬、双酚A和残留农药等方面。在微生物燃料电池制备和绿色合成技术上的应用将会受到更多的关注。
2.3 发文期刊分布情况
2011～2020年，全球电化学水处理方面的4 177篇文章共发表在492个期刊上。超过半数的文章发表于Top20期刊，见表5。Top20期刊中发文量﹥100的有10个刊，发文量占全部发文量的35.8%。其中发文量最多的是Chemical Engineering Journal，发文222篇，该刊2020年影响因子为13.273，5年影响因子为11.629。Top20影响因子最高的刊是Applied Catalysis B-Environmental，2020年影响因子为19.503，5年影响因子为17.995。
表 5 电化学处理水污染相关文章全球Top20期刊发文量期刊 发文量/篇 2020 IF 5年IF Chemical Engineering Journal 222 13.273 11.629 Chemosphere 190 7.086 6.451 Electrochimica Acta 174 6.901 6.385 Desalination And Water Treatment 157 1.254 1.027 Journal Of Hazardous Materials 148 10.588 9.608 Separation And Purification Technology 140 7.312 6.437 Water Research 127 11.236 10.177 Environmental Science And Pollution Research 116 4.223 3.509 Bioresource Technology 112 9.642 7.820 International Journal Of Electrochemical Science 109 1.765 1.366 Journal Of Electroanalytical Chemistry 83 4.464 4.105 Water Science And Technology 79 1.915 1.796 Science Of The Total Environment 77 7.963 6.938 International Journal Of Hydrogen Energy 73 5.816 4.063 Environmental Science & Technology 72 9.028 8.079 Rsc Advances 71 3.361 3.206 Environmental Technology 64 3.247 2.880 Applied Catalysis B-Environmental 58 19.503 17.995 Journal Of Environmental Management 51 6.789 6.393 Journal Of Environmental Chemical Engineering 48 5.909 5.361 | Show TableDownLoad:
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2.4 Top10国家科研实力对比
对比了发文量Top10国家的发文期刊平均影响因子，见图5，发文期刊平均影响因子超过5.0的国家有5个。其中最高的是美国，平均IF为6.82。其次是西班牙，也达到了6.23。另外IF>5的国家分别为韩国5.71、中国5.36和加拿大5.21。说明这些国家的整体发文质量较高。通过对比发文量Top10国家文章被引次数H指数，H指数最高的国家为中国，为65，其次为美国49，西班牙45。另外，印度和巴西的H指数也超过了30，分别为38和30。总体来说，中国的发文量和H指数为全球第一，表明全球科研影响力最大。但美国和西班牙发文质量较高，对科研的贡献较大。
3. 结论和讨论
（1）2011～2020年，电化学水处理领域的全球发文量明显呈逐年上升的趋势，说明全世界越来越多的国家和地区都在关注并应用这项目前处理水污染的优选技术。发文量最多的前十的国家分别是中国、印度、西班牙、美国、巴西、伊朗、墨西哥、韩国、加拿大和土耳其。涵盖亚洲（尤其是东亚和南亚一代）、欧洲、北美洲、南美洲4个大洲，并且这些国家间也有很多直接、间接的合作。说明这项技术在这些地域应用领域更为广泛，技术也更为成熟。
（2）2011～2020年，电化学水处理领域全球发文量最多的国家是中国，占全球发文量的近40%。这与我国多年来一直坚持以环境保护为基本国策，各级政府都重视环境保护、逐渐加大环境保护方面的技术研发和生产投入力度有关。特别是2018年《中共中央 国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》的提出，更是进一步促进了水污染领域研究成果的产出，2019和2020年，中国的发文量占全球发文量的1/2。
（3）2011～2020年，电化学水处理领域的发文超过一半集中在环境科学和生态学、工程、电化学、化学、工程-环境科学和生态这5个领域。主要研究涉及海水淡化、饮用水、地下水、污水污泥、活性污泥、个人护理产品、药品和垃圾渗滤液等方面；技术手段较常用的有电氧化、电还原、电絮凝、电吸附和微电解等；去除的污染物有重金属、硝酸盐、磷酸盐、有机污染物、染料和抗生素等。今后的研究中，微生物燃料电池制备和绿色合成技术上的应用将会受到更多的关注。
（4）2011～2020年，全球电化学水处理方面的4 177篇文章共发表在492个期刊上。其中发文量最多的是Chemical Engineering Journal，发文222篇，该刊2019年影响因子为10.652，5年影响因子为9.42。对比了发文量Top10国家的发文期刊平均影响因子和H指数来评估各个国家的科研实力和影响力，结果显示中国的发文量和H指数为全球第一，全球科研影响力最大。但美国和西班牙发文期刊影响因子总体较高，说明这两国的科学技术更为先进，对学术的贡献较大。
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图 2 不同混凝剂对原料液中HA及CAZ的去除率
Figure 2. Removal efficiency of HA and CAZ in feed solution by different coagulants
图 3 混凝预处理前后上清液Zeta电位的变化
Figure 3. Changes of Zeta potential in supernatant before and after coagulation pretreatment
图 4 不同的混凝剂预处理对水通量的影响
Figure 4. Effect of different coagulant pretreatments on water flux
图 5 不同的混凝剂预处理对NaCl返混通量的影响
Figure 5. Effect of different coagulant pretreatments on NaCl reverse flux
图 6 不同的混凝预处理对CAZ截留效果的影响
Figure 6. Effect of different coagulant pretreatmentson CAZ rejection
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[1] REUNGOAT J, MACOVA M, ESCHER B I, et al. Removal of micropollutants and reduction of biological activity in a full scale reclamation plant using ozonation and activated carbon filtration[J]. Water Research, 2010, 44(2): 625-637. doi: 10.1016/j.watres.2009.09.048 [2] ALTURKI A A, MCDONALD J A, KHAN S J, et al. Removal of trace organic contaminants by the forward osmosis process[J]. Separation and Purification Technology, 2013, 103: 258-266. doi: 10.1016/j.seppur.2012.10.036 [3] MATILAINEN A, VEPSÄLÄINEN M, SILLANPÄÄ M. Natural organic matter removal by coagulation during drinking water treatment: A review[J]. Advances in Colloid and Interface Science, 2010, 159(2): 189-197. doi: 10.1016/j.cis.2010.06.007 [4] ADAMS C, WANG Y, LOFTIN K, et al. Removal of antibiotics from surface and distilled water in conventional water treatment processes[J]. Journal of Environmental Engineering, 2002, 128(3): 253-260. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2002)128:3(253) [5] CHOI K J, KIM S G, KIM S H. Removal of antibiotics by coagulation and granular activated carbon filtration[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 151(1): 38-43. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.05.059 [6] BUNDY M M, DOUCETTE W J, MCNEILL L, et al. Removal of pharmaceuticals and related compounds by a bench-scale drinking water treatment system[J]. Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, 2007, 56(2): 105-115. doi: 10.2166/aqua.2007.091 [7] KIMURA K, ANDO N. Maximizing biopolymer removal by coagulation for mitigation of fouling in the following membrane process[J]. Separation and Purification Technology, 2016, 163: 8-14. doi: 10.1016/j.seppur.2016.02.013 [8] SUN S, YANG Z, HUANG X, et al. Coagulation performance and membrane fouling of polyferric chloride/epichlorohydrin-dimethylamine in coagulation/ultrafiltration combined process[J]. Desalination, 2015, 357: 163-170. doi: 10.1016/j.desal.2014.11.031 [9] DEMPSEY B A, GANHO R M, O'MELIA C R. The coagulation of humic substances by means of aluminum salts[J]. Journal of American Water Works Association, 1984, 76(4): 141-150. doi: 10.1002/j.1551-8833.1984.tb05315.x [10] XU Y, CHEN T, CUI F, et al. Effect of reused alum-humic-flocs on coagulation performance and floc characteristics formed by aluminum salt coagulants in humic-acid water[J]. Chemical Engineering Journal, 2016, 287: 225-232. doi: 10.1016/j.cej.2015.11.017 [11] MI B, ELIMELECH M. Chemical and physical aspects of organic fouling of forward osmosis membranes[J]. Journal of Membrane Science, 2008, 320(1/2): 292-302. [12] BELL E A, POYNOR T E, NEWHART K B, et al. Produced water treatment using forward osmosis membranes: Evaluation of extended-time performance and fouling[J]. Journal of Membrane Science, 2017, 525: 77-88. doi: 10.1016/j.memsci.2016.10.032 [13] ELIMELECH M, CHEN W H, WAYPA J J. Measuring the zeta (electrokinetic) potential of reverse osmosis membranes by a streaming potential analyzer[J]. Desalination, 1994, 95(3): 269-286. doi: 10.1016/0011-9164(94)00064-6 [14] BOO C, LEE S, ELIMELECH M, et al. Colloidal fouling in forward osmosis: Role of reverse salt diffusion[J]. Journal of Membrane Science, 2012, 390: 277-284. [15] XIE M, NGHIEM L D, PRICE W E, et al. Impact of organic and colloidal fouling on trace organic contaminant rejection by forward osmosis: Role of initial permeate flux[J]. Desalination, 2014, 336: 146-152. doi: 10.1016/j.desal.2013.12.037 [16] XIE M, NGHIEM L D, PRICE W E, et al. Impact of humic acid fouling on membrane performance and transport of pharmaceutically active compounds in forward osmosis[J]. Water Research, 2013, 47(13): 4567-4575. doi: 10.1016/j.watres.2013.05.013 [17] CHOI B G, KIM D I, HONG S. Fouling evaluation and mechanisms in a FO-RO hybrid process for direct potable reuse[J]. Journal of Membrane Science, 2016, 520: 89-98. doi: 10.1016/j.memsci.2016.07.035 -
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