多污染物協(xié)同降解技術(shù)的應(yīng)用與研究進(jìn)展

關(guān)鍵詞：多污染物協(xié)同降解；環(huán)境治理；可再生能源；跨學(xué)科研究中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500(2025)06-0137-03DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.039

Application and Research Progress of Multi Pollutant Collaborative Degradation Technology

YUANMingzhang，NIYou，XUXiangyong，HUBin，WANGYuan，ZHAOLin (Qingdao Research Academy of Environmental Sciences，Qingdao 266ooo，China)

Abstract:With theaccelerationof industrializationand urbanization，thecoexistenceof multiplepollutants has become anenvironmental hazard，multipolutantcollaborativedegradationtechnology hasemerged，whichcansimultaneously removemultiplepolltantsand enhance theself purificationabilityof theenvironment.Thispaper reviews three major collborativedegradationtechnologiesforpolutants，ncludingchemicalcollaborativedegradationtechnologyiological collaborativedegradationtechnology，andphysicochemicalcolaborativedegradation technology.Researchhasshownthat thecombinationtechnologyof photocatalysisandFentonoxidationcantreatprintinganddyeing wastewater，microbial fuel cellscantreatantibiotic wastewater，ultrasoundtechnologycanasistiniodegradation，ndmultiphasecatalysistechology cantreatchemical wastewater.These processs cansignificantly improve the eficiencyof pollutant degradationandreduce energyconsumptionuttheyhaveghosts，omplexuipment，ndoorsabilityInthefuture，itisceaytoelo newcatalysts，utilizerenewable energy，modify microorganisms through genetic engineering，strengthen interdisciplinary research，and promote efficient， economic and sustainable development of pollution control.

Keywords:collaborativedegradationofmultiplepolutants;environmental governance;renewableenergy;interdisciplinary study

當(dāng)今社會(huì)，工業(yè)化與城市化的快速發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境污染問題的日益復(fù)雜化，多污染物共存現(xiàn)象在大氣、水體等環(huán)境介質(zhì)中變得尤為突出。大氣中，細(xì)顆粒物（ PM_2.5 ）與臭氧（ 0₃ ）污染成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)，其中二次有機(jī)氣溶膠（Secondary Organic Aerosol，SOA）

對(duì) PM_2.5 貢獻(xiàn)顯著，其形成涉及揮發(fā)性有機(jī)物（VolatileOrganic Compounds，VOCs）、氮氧化物（ NO_x ）、 SO₂ 等前體物的復(fù)雜反應(yīng)，這些前體物相互作用，使SOA生成機(jī)制復(fù)雜，給空氣質(zhì)量改善帶來難題。水體中，酚類內(nèi)分泌干擾物、全氟和多氟烷基物質(zhì)（Per-andpolyfluoroalkylSubstances，PFAS）等難降解有機(jī)污染物與其他物質(zhì)共存，威脅水生態(tài)和飲用水安全，尤其是PFAS在地下環(huán)境中的復(fù)雜遷移行為增加污染控制難度[1]。因此，多污染物協(xié)同降解技術(shù)對(duì)環(huán)境質(zhì)量改善至關(guān)重要，它能同時(shí)清除多種污染物，增強(qiáng)環(huán)境介質(zhì)自凈能力，優(yōu)化大氣、水體和土壤質(zhì)量。同一系統(tǒng)可以處理多種污染物，減少設(shè)備和成本，降低能耗和維護(hù)費(fèi)，提高污染治理效率，提升經(jīng)濟(jì)效益。

1多污染物協(xié)同降解技術(shù)分類

1.1化學(xué)協(xié)同降解技術(shù)

化學(xué)降解技術(shù)作為環(huán)境工程領(lǐng)域處理污染物的一種手段，有著至關(guān)重要的作用。該技術(shù)利用化學(xué)反應(yīng)改變污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)或更易處理的物質(zhì)，有效應(yīng)對(duì)環(huán)境污染問題。氧化還原反應(yīng)和水解反應(yīng)是化學(xué)降解的兩種常見機(jī)制。氧化還原反應(yīng)中，污染物作為氧化劑或還原劑參與反應(yīng)，改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1.2生物協(xié)同降解技術(shù)

生物協(xié)同降解技術(shù)是環(huán)境工程中的一種污染物處理方法，它利用微生物之間、微生物與酶之間、微生物與其他生物（蚯蚓等），微生物與非生物因素（光、電、化學(xué)試劑等）的相互作用和協(xié)同效應(yīng)，共同促進(jìn)有機(jī)污染物的降解，將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害或低毒的物質(zhì)，以達(dá)到凈化環(huán)境的自的。在微生物與微生物的協(xié)同作用中，不同種類的微生物相互依賴、互補(bǔ)，將復(fù)雜的有機(jī)污染物逐步分解為簡(jiǎn)單的中間產(chǎn)物，并進(jìn)一步降解這些中間產(chǎn)物，最終實(shí)現(xiàn)污染物的完全礦化[2]。

1.3物理化學(xué)協(xié)同降解技術(shù)

物理化學(xué)協(xié)同降解技術(shù)是一種結(jié)合物理和化學(xué)兩種處理手段的環(huán)境工程技術(shù)，旨在通過優(yōu)化兩者的相互作用，有效去除廢水、廢氣和固體廢物中的多種污染物。物理過程主要負(fù)責(zé)固液分離，去除顆粒物和膠體等懸浮物，而化學(xué)過程則通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步降解有機(jī)污染物。

2多污染物協(xié)同降解技術(shù)的應(yīng)用

光催化技術(shù)是一種高效的污染物處理方法，它依賴半導(dǎo)體材料在光照條件下激發(fā)的光生電子與空穴對(duì)。激發(fā)態(tài)的電子與空穴進(jìn)一步引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，生成羥基自由基 (?0H ）。而芬頓技術(shù)則是通過 Fe²⁺ 和H₂O₂ 的反應(yīng)產(chǎn)生·OH，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的處理。

將兩者結(jié)合，可以發(fā)揮協(xié)同作用，提高降解效率。印染廢水含有多種難降解的有機(jī)染料、助劑等污染物。研究人員使用檸檬酸絡(luò)合和浸漬法制備 CuFe₂O₄-OVs/ Cu₂(OH)₃Cl 復(fù)合材料，在可見光照射下構(gòu)建苯酚促進(jìn)的協(xié)同降解體系，可在 90min 內(nèi)降解 93% 的亞甲基藍(lán)和 100% 的苯酚，亞甲基藍(lán)的降解速率常數(shù)分別是光催化和芬頓反應(yīng)的40.80倍和4.35倍[3]。

在微生物燃料電池中，陽(yáng)極上的電化學(xué)活性菌通過氧化有機(jī)物將電子傳遞到陽(yáng)極，電子再通過外電路傳遞到陰極，陰極上的還原反應(yīng)可以消耗氧氣等電子受體，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解和能量的回收。在處理含抗生素廢水時(shí)，研究人員采用模板浸漬法制備鐵摻雜 TiO₂ 空心微球，并在可見光照射下評(píng)估其在光催化、傳統(tǒng)芬頓氧化及光芬頓氧化過程中對(duì)四環(huán)素的降解效能[。試驗(yàn)結(jié)果表明，光芬頓氧化體系在 60min 內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)四環(huán)素的完全去除，其性能顯著優(yōu)于單獨(dú)的光催化體系和非均相芬頓氧化體系。這說明微生物電化學(xué)技術(shù)可以與光催化等其他技術(shù)協(xié)同作用，有效降解抗生素等難降解有機(jī)污染物。

超聲技術(shù)與生物降解技術(shù)的結(jié)合也是一種有效的多污染物協(xié)同降解手段。超聲波在液體中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)，形成局部高溫高壓環(huán)境，能夠破壞微生物細(xì)胞壁，促進(jìn)生物酶的釋放和活性提高，從而增強(qiáng)微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解能力。研究人員利用低強(qiáng)度超聲，通過超聲空化初步裂解聚苯乙烯泡沫等菌膠團(tuán)，將水體中的有機(jī)污染物先轉(zhuǎn)化為易生物降解的化合物，在超聲刺激下，細(xì)胞加速吸收這些底物并釋放活性酶，細(xì)胞的損傷效應(yīng)使得微生物活性整體提高，更有利于提升后續(xù)污染物處理效果。研究發(fā)現(xiàn)，城市廢水污泥進(jìn)行 30～120min 的超聲預(yù)處理后，厭氧發(fā)酵時(shí)間從22d縮短到 8d ，VOCs去除率從 45.8% 提高到 50.3% ，沼氣產(chǎn)量提高 220% ，生物活性也得到顯著提高[5]。

多相催化技術(shù)利用催化劑在不同物質(zhì)相界面的活性，加快化學(xué)反應(yīng)，并且具備同時(shí)分解多種污染物的能力。污水處理廠處理化工廢水時(shí)，采用鈦基負(fù)載型金屬氧化物催化劑，在常溫常壓下催化臭氧氧化，可顯著提升有機(jī)氯農(nóng)藥等難降解污染物的去除率。通過改良的多相催化臭氧氧化技術(shù)與現(xiàn)行的生化處理流程相結(jié)合，有農(nóng)藥制造企業(yè)構(gòu)建一條包含“多相催化氧化、水解酸化及接觸氧化”的集成工藝路徑。此工藝最終確保出水的化學(xué)需氧量穩(wěn)定保持在 80～100mg/L 總氮含量維持在 30mg/L 以下，總磷含量低于 2mg/L 所有指標(biāo)均達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥生產(chǎn)廢水中多元污染物的同步高效降解。

3多污染物協(xié)同降解技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與未來展望

3.1技術(shù)挑戰(zhàn)

多污染物協(xié)同降解技術(shù)往往涉及多種工藝的耦合和復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)，建設(shè)和運(yùn)行成本較高。光催化協(xié)同芬頓技術(shù)需要使用特定的半導(dǎo)體材料和光源設(shè)備，同時(shí)需要精確控制反應(yīng)條件，如pH值、催化劑投加量等，這些都增加技術(shù)的應(yīng)用成本。在微生物電化學(xué)技術(shù)中，構(gòu)建和維護(hù)微生物燃料電池的費(fèi)用也不容小，包括電極材料的選擇、微生物菌種的培養(yǎng)和馴化等環(huán)節(jié)。此外，一些先進(jìn)的多相催化技術(shù)采用貴金屬或特殊復(fù)合材料作為催化劑，其高昂的材料成本限制大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。

實(shí)際環(huán)境中，污染物種類繁多，濃度波動(dòng)大，常常伴隨復(fù)雜的物理化學(xué)條件，如溫度、pH值、鹽度等的變化。這些因素都可能影響多污染物協(xié)同降解技術(shù)的穩(wěn)定性。以超聲強(qiáng)化生物降解技術(shù)為例，超聲波的強(qiáng)度和頻率需要根據(jù)具體的廢水特性進(jìn)行精確調(diào)控，否則可能會(huì)對(duì)微生物造成過度損傷，反而降低生物降解效率。在多相催化過程中，催化劑在復(fù)雜的廢水環(huán)境中容易發(fā)生中毒、失活現(xiàn)象，如被廢水中的重金屬離子、有機(jī)污染物等覆蓋活性位點(diǎn)，導(dǎo)致催化活性下降。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，設(shè)備的磨損、老化等問題也會(huì)影響技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，應(yīng)探索新的協(xié)同技術(shù)組合，開發(fā)更多高效、經(jīng)濟(jì)的降解技術(shù)體系。污染物去除效率層面，應(yīng)優(yōu)化工藝條件，提高難降解有機(jī)物和重金屬污染物的去除率，確保出水達(dá)標(biāo)。另外，要研究同步高效去除多種污染物的方法，避免二次污染。

3.2未來展望

未來，多污染物協(xié)同降解技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)在于新技術(shù)的開發(fā)與創(chuàng)新以及跨學(xué)科研究的深化。在新技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新方面，要研發(fā)更高活性、選擇性和穩(wěn)定性的新型催化劑，如納米催化劑、復(fù)合催化劑等，以提高協(xié)同降解效率并降低成本；結(jié)合太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源，開發(fā)自驅(qū)動(dòng)的協(xié)同降解系統(tǒng)，通過太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的光催化與芬頓協(xié)同反應(yīng)，降低能源消耗并實(shí)現(xiàn)高效降解；利用基因工程改造的微生物菌株、合成生物學(xué)構(gòu)建的微生物群落等生物技術(shù)創(chuàng)新，使微生物能更高效地降解特定或多種污染物。在跨學(xué)科研究深化上，化學(xué)與材料科學(xué)融合，依據(jù)污染物特性及反應(yīng)需求設(shè)計(jì)高效催化劑和功能材料；生物學(xué)與環(huán)境工程交叉，探究微生物作用機(jī)制，以優(yōu)化生物處理工藝；運(yùn)用物理學(xué)的先進(jìn)表征技術(shù)，如同步輻射、冷凍電鏡等，精確研究污染物降解過程和催化劑微觀結(jié)構(gòu)；從化學(xué)動(dòng)力學(xué)、生物信息學(xué)等角度出發(fā)，預(yù)測(cè)調(diào)控污染物轉(zhuǎn)化路徑及微生物群落演替規(guī)律，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治理，攻克協(xié)同降解技術(shù)難題。

4結(jié)論

在環(huán)境治理中，多污染物協(xié)同降解技術(shù)擁有巨大的應(yīng)用潛力，實(shí)際廢水處理常用化學(xué)、生物、物理化學(xué)協(xié)同降解手段，如光催化與芬頓結(jié)合等，能提高去除效率，降低成本，穩(wěn)定性好，但面臨成本高、設(shè)備復(fù)雜、污染物復(fù)雜等挑戰(zhàn)。未來需要研發(fā)新型催化劑，利用可再生能源，開發(fā)自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，深化跨學(xué)科研究，融合多學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效治理，推動(dòng)環(huán)境質(zhì)量提升。

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