新型电化学技术破解持久性污染物处理难题

在生态文明建设持续推进、环保标准不断收紧的当下，水体污染治理已从常规污染物去除向微量持久性污染物深度管控转型。持久性有机污染物广泛存在于自然水环境中，涵盖药物、个人护理品及内分泌干扰物等，即便处于痕量浓度也会对生态环境和人类健康构成潜在威胁，成为当前水处理领域的“硬骨头”。其中，医院废水、工业废水等场景中含有的三氯生、戊二醛等污染物，具有难降解、毒性强、残留时间长等特点，传统水处理技术难以实现高效去除，且易产生二次污染，给行业发展带来严峻挑战。在此背景下，安徽师范大学与中国科学技术大学联合团队深耕技术研发，成功推出流通式电化学水处理器件，创新构建膜电极组件（MEA）水处理系统，为破解持久性污染物处理难题提供了全新解决方案，相关研究成果已发表于《自然·可持续性》，彰显了我国在水处理技术领域的自主创新实力。

长期以来，持久性污染物处理一直面临诸多行业痛点。传统水处理技术中，物理吸附法易出现吸附饱和、二次污染等问题，生物处理法对难降解污染物适配性差、处理周期长，而传统电化学高级氧化技术则存在明显短板——需额外添加支持电解质才能维持反应效率，不仅增加了处理成本，还会引入新的杂质，从源头产生二次污染；同时，传统电化学器件的核心电极易钝化、寿命短，有效反应面积小，难以实现规模化工程应用，无法满足实际水处理场景的多样化需求。尤其在医院废水处理中，三氯生作为常用消毒剂成分、戊二醛作为医疗器械灭菌剂，二者均具有强稳定性和生物毒性，常规二级处理后仍有残留，难以达到严格的排放要求，亟需新型高效、绿色低碳的处理技术打破困境。

针对行业痛点，联合研发团队聚焦核心技术突破，创新打造流通式电化学水处理器件，构建起全新的膜电极组件（MEA）水处理系统，实现了持久性污染物处理的颠覆性升级。该系统最核心的创新点的是无需外加支持电解质，从根源上杜绝了二次污染的产生。团队首次将气体扩散电极与电化学活性膜电极相结合，依托阴离子交换膜的电荷传导功能，实现阴极氧还原反应和阳极氧化反应的耦合增效，阴极产生的活性氧阴离子可穿过膜层抵达阳极，与阳极活性氧物种协同作用，既大幅提升了污染物降解效率，又显著降低了能耗，彻底摆脱了传统技术对支持电解质的依赖，真正实现了绿色环保处理。

在核心器件性能上，该流通式电化学水处理器件实现了低成本与高性能的双重突破。团队在电极材料设计上精准发力，阴极采用氧化炭黑基气体扩散电极，阳极选用氧化物三维多孔电化学活性膜电极，兼顾了催化活性与使用寿命，经性能测试，核心电极连续稳定运行时长突破5000小时，远超行业同类产品水平，有效解决了传统电极易钝化、更换频繁的痛点，大幅降低了设备运维成本。同时，器件采用流通式结构设计，污水可通过器件内部的反应通道充分接触电极，提升了反应效率，且可适应pH值1至11的宽酸碱范围，用空气替代纯氧性能也无衰减，能深度去除500纳克/升的超痕量污染物，适配不同水质场景的处理需求。

模块化设计赋予了该器件极强的工程应用灵活性，可根据实际处理需求灵活调控处理规模。通过并联或串联的堆叠方式，器件的处理能力能实现线性提升且效率不降低，团队研制的100平方厘米大尺寸反应器件，已在实际场景中展现出优异的处理效能。在医院废水处理试点应用中，该器件表现突出，对水中三氯生的去除率超过90%，戊二醛去除率超过80%，且可稳定运行150小时以上，有效解决了医院废水二级处理后微量污染物残留的难题，确保出水水质符合环保标准，为医疗废水的深度处理提供了可靠技术支撑。

经济性与适配性的双重优势，进一步拓宽了该技术的应用场景。经生命周期技术经济分析表明，该工艺每吨水处理运营成本仅为2.32美元，且随着处理规模的扩大，单位处理成本有望进一步降低，相较于传统处理技术，大幅压缩了长期运营开支，具备极强的市场竞争力。更为突出的是，该器件可与太阳能技术深度结合，实现户外无泵驱动水处理，无需依赖传统电力供应，完美适配偏远地区、农村地区等分散式水处理场景，解决了这些区域管网铺设成本高、集中式处理站运维困难的痛点，为分散式污水治理提供了新方案。

该新型电化学技术的研发与落地，不仅破解了持久性污染物处理的行业难题，更填补了我国在相关领域的技术空白，具有重要的行业示范意义和推广价值。与传统处理技术相比，该技术兼具高效性、绿色性、经济性和灵活性四大优势，既解决了难降解污染物去除不彻底、易产生二次污染的核心痛点，又降低了处理成本和运维难度，适配医疗、工业、分散式等多种水处理场景，为二级处理后微量污染物去除提供了全新路径。

从行业发展来看，该技术的成功研发，为我国水处理行业高质量发展注入了新动能，契合国家“双碳”目标下绿色低碳水处理的发展导向。当前，我国水处理设备市场规模持续扩大，工业与市政领域需求占比超80%，地方定制化解决方案成为行业新焦点，该新型电化学技术凭借其独特优势，有望在分布式水处理、偏远地区供水、环境修复等领域实现广泛应用。未来，研发团队将持续优化技术参数，推动器件的规模化生产与工程化应用，同时加强与相关企业、科研机构的合作，进一步拓展技术应用场景，完善技术推广体系，让这一创新技术惠及更多地区，助力我国水污染治理水平提升，为生态文明建设提供有力的技术支撑。