你知道吗？一座百万人口城市每天产生的垃圾渗滤液能填满20个标准游泳池，这些深褐色液体含有高浓度氨氮、难降解有机物，堪称“污水中的战斗机”。传统生物处理后，仍有顽固污染物“苟活”，成为污水处理厂的“老大难”。近日，我国科研团队在《Frontiers of Environmental Science & Engineering》发表研究，通过优化电化学氧化技术，让垃圾渗滤液COD去除率飙至97.2%，氨氮实现100%去除。

渗滤液处理困局：生物法“力不从心”
随着城市化加速，全球固体废物2050年预计达36亿吨，垃圾渗滤液处理压力陡增。传统工艺中，生物处理（如UASB反应器）能吃掉易降解有机物，但对“顽固分子”（如腐殖酸、芳香族化合物）束手无策，处理后COD仍超1000 mg/L，氨氮浓度堪比未处理的生活污水。电化学氧化技术因能“电击”分解污染物受关注，但其电极材料怎么选、参数如何调，一直是行业“未解之谜”。

电极材料“PK”：Ti/PbO₂阳极效率领先
研究团队对比了两种主流阳极材料——Ti/PbO₂和Ti/SnO₂-Sb₂O₃，结果堪称“神仙打架”。在50 mA/cm²电流密度、4小时电解条件下，Ti/PbO₂阳极的COD去除率达92.31%，远超Ti/SnO₂-Sb₂O₃的79.48%。更绝的是，两种阳极都能实现氨氮100%去除，但Ti/PbO₂的能耗更低（51–94 kWh/kg COD），比后者节省近三成电费。

为什么Ti/PbO₂这么“强”？秘密在于它擅长“借刀杀人”——通过低氧析出电位（1.75 V）催生大量活性氯（ClO⁻/ClO₂⁻），像“微型消毒机器人”一样撕碎污染物；而Ti/SnO₂-Sb₂O₃依赖·OH直接氧化，遇到高盐环境就“罢工”。阴极材料也有讲究：搭配Ni阴极时，总氮去除率提升12%，因Ni能促进硝酸盐“变身”氮气，避免二次污染。

关键参数揭秘：电流与盐浓度的黄金配比
电化学处理就像“炒菜”，火候和调料缺一不可。研究发现，Ti/PbO₂的“黄金电流密度”是38 mA/cm²，低于此值反应“火力不足”，高于则“烧焦”产生副反应（如有毒的ClO₃⁻）。盐浓度更是“双刃剑”——当NaCl加到6.0 g/L时，COD去除率冲到97.2%，但超过10 g/L就像“盐放多了”，反而抑制反应。

三维荧光光谱显示，处理后渗滤液中的腐殖酸、富里酸等“顽固分子”降解率超95%，紫外光谱中254 nm处的特征峰几乎消失，相当于污染物的“指纹”被彻底抹去。红外光谱也证实，苯环、羧基等官能团被“剪碎”成无害小分子，就像把“麻花”掰成“面包屑”。

能耗与风险：平衡环保与成本
虽然Ti/PbO₂性能“逆天”，但也有“软肋”。高盐浓度下会产生ClO₃⁻，浓度超标时可能影响出水安全。研究团队通过响应面法优化，找到“效率-安全-成本”平衡点：在38 mA/cm²电流密度、6.0 g/L NaCl条件下，既能保持97%的COD去除率，又能将ClO₃⁻控制在国家标准以内。

值得关注的是，Ti/PbO₂阳极搭配Ni阴极时，吨水成本比传统工艺降低22%，对垃圾处理厂来说堪称“降本神器”。不过，铅电极的重金属溶出风险仍需长期监测，未来或需开发更环保的替代材料。

未来展望：为污水处理厂提供“定制方案”
这项研究不仅明确了电化学处理的“最优配方”，还为不同规模的污水处理厂提供“菜单式选择”：大型厂可优先选Ti/PbO₂追求高效，中小型厂可选Ti/SnO₂-Sb₂O₃平衡成本。随着技术推广，或许未来垃圾渗滤液处理能像“充电”一样简单——插上电极，通上电，就能把“污水”变“清水”。

当然，技术落地仍需迈过“最后一公里”：如何进一步降低能耗？怎样避免副产物生成？这些问题的答案，或许就藏在下一次实验室的“电光火石”之中。

来源: FESE Message