光电催化技术革新污染物治理模式，高效降解难处理废水助力绿色环保

工业废水（如印染废水、制药废水、化工废水）中含有的染料、抗生素、重金属离子等难降解污染物，传统处理技术（如生物降解、化学氧化）存在效率低、易产生二次污染、处理成本高等问题，难以达到严苛的环保排放标准。近期，基于光电协同作用的光电催化降解技术实现突破，通过 “光生载流子高效分离 + 电催化活性增强”，实现对难降解污染物的快速、深度降解，为工业废水治理提供 “绿色、高效、低成本” 的解决方案，推动环保产业向 “精准治污、循环利用” 转型。

技术层面，浙江大学环境与资源学院研发的高效光电催化降解系统，核心在于 “双功能光电催化电极” 的创新设计：电极基底采用多孔钛片，表面负载 “二氧化钛（TiO₂）/ 石墨烯 / 铋钒氧（BiVO₄）” 复合光催化材料 ——TiO₂在紫外光照射下产生光生电子 - 空穴对，石墨烯作为导电载体加速电子转移，BiVO₄则拓宽光响应范围至可见光波段（利用率提升至 45%），三者协同实现光生载流子的高效分离，抑制复合率；同时，通过施加 0.8V 的外加偏压，进一步增强电极表面的氧化还原活性，使・OH（羟基自由基）、・O₂⁻（超氧自由基）等强氧化物种的生成量提升 3 倍，可快速破坏污染物分子结构，将其降解为 CO₂、H₂O 及无害小分子。系统还集成 “废水预处理 - 催化降解 - 水质监测” 一体化模块，通过在线 COD（化学需氧量）传感器实时监测降解效果，自动调整光照强度与电压参数，确保处理后废水 COD 去除率达 95% 以上，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级 A 标准。

工艺优化上，该技术突破传统光催化 “催化剂易流失、回收难” 的痛点：采用固定床式电极结构，将复合光催化材料牢固负载于钛片表面，催化剂使用寿命达 18 个月，避免随废水流失导致的二次污染；同时，通过 “分段式流道设计” 延长废水在催化反应区的停留时间（从 30 分钟延长至 60 分钟），配合曝气装置增强传质效率，使污染物与活性物种充分接触，降解效率较传统悬浮式光催化提升 60%。此外，系统可利用太阳能光伏板为外加偏压供电，降低对电网电力的依赖，运行成本较化学氧化法降低 40%，适配中小型工业企业的废水处理需求。

应用场景中，某印染企业引入该光电催化降解系统后，彻底解决了活性染料废水处理难题。过去，企业采用 “混凝沉淀 + 生物处理” 工艺，对含偶氮类活性染料的废水处理效果差，COD 去除率仅 60%，色度去除率不足 50%，废水需稀释后才能排放；如今，通过光电催化系统处理，废水在反应区停留 60 分钟后，COD 从 800mg/L 降至 30mg/L 以下，色度从 500 倍降至 10 倍以下，直接达到排放标准，且降解过程中无污泥产生，每年减少危废处置成本超 50 万元。在制药废水处理领域，某抗生素生产企业利用该系统处理含青霉素类抗生素的废水，通过光电协同作用破坏抗生素分子中的 β- 内酰胺环，使抗生素残留量从 50mg/L 降至 0.1mg/L 以下，避免了传统处理工艺中抗生素残留导致的 “耐药性基因” 传播风险，同时废水经处理后可部分回用至生产车间，水资源利用率提升 25%。

随着环保标准持续收紧与 “双碳” 目标推进，光电催化技术正从 “工业废水处理” 向 “土壤污染修复、废气净化” 等领域拓展。未来，结合 AI 算法优化反应参数、开发更高效的光催化材料（如黑磷基复合材料），将进一步提升污染物降解效率与系统稳定性，为构建 “无废城市”“碧水蓝天” 提供核心技术支撑，推动环保产业向绿色低碳方向高质量发展。

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