多污染物協同降解技術的應用與研究進展

關鍵詞：多污染物協同降解；環境治理；可再生能源；跨學科研究中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：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

當今社會，工業化與城市化的快速發展導致環境污染問題的日益復雜化，多污染物共存現象在大氣、水體等環境介質中變得尤為突出。大氣中，細顆粒物（ PM_2.5 ）與臭氧（ 0₃ ）污染成為關鍵挑戰，其中二次有機氣溶膠（Secondary Organic Aerosol，SOA）

對 PM_2.5 貢獻顯著，其形成涉及揮發性有機物（VolatileOrganic Compounds，VOCs）、氮氧化物（ NO_x ）、 SO₂ 等前體物的復雜反應，這些前體物相互作用，使SOA生成機制復雜，給空氣質量改善帶來難題。水體中，酚類內分泌干擾物、全氟和多氟烷基物質（Per-andpolyfluoroalkylSubstances，PFAS）等難降解有機污染物與其他物質共存，威脅水生態和飲用水安全，尤其是PFAS在地下環境中的復雜遷移行為增加污染控制難度[1]。因此，多污染物協同降解技術對環境質量改善至關重要，它能同時清除多種污染物，增強環境介質自凈能力，優化大氣、水體和土壤質量。同一系統可以處理多種污染物，減少設備和成本，降低能耗和維護費，提高污染治理效率，提升經濟效益。

1多污染物協同降解技術分類

1.1化學協同降解技術

化學降解技術作為環境工程領域處理污染物的一種手段，有著至關重要的作用。該技術利用化學反應改變污染物的化學結構，進而將其轉化為無害物質或更易處理的物質，有效應對環境污染問題。氧化還原反應和水解反應是化學降解的兩種常見機制。氧化還原反應中，污染物作為氧化劑或還原劑參與反應，改變其化學結構。

1.2生物協同降解技術

生物協同降解技術是環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、化學試劑等）的相互作用和協同效應，共同促進有機污染物的降解，將其轉化為無害或低毒的物質，以達到凈化環境的自的。在微生物與微生物的協同作用中，不同種類的微生物相互依賴、互補，將復雜的有機污染物逐步分解為簡單的中間產物，并進一步降解這些中間產物，最終實現污染物的完全礦化[2]。

1.3物理化學協同降解技術

物理化學協同降解技術是一種結合物理和化學兩種處理手段的環境工程技術，旨在通過優化兩者的相互作用，有效去除廢水、廢氣和固體廢物中的多種污染物。物理過程主要負責固液分離，去除顆粒物和膠體等懸浮物，而化學過程則通過化學反應進一步降解有機污染物。

2多污染物協同降解技術的應用

光催化技術是一種高效的污染物處理方法，它依賴半導體材料在光照條件下激發的光生電子與空穴對。激發態的電子與空穴進一步引發化學反應，生成羥基自由基 (?0H ）。而芬頓技術則是通過 Fe²⁺ 和H₂O₂ 的反應產生·OH，實現對有機污染物的處理。

將兩者結合，可以發揮協同作用，提高降解效率。印染廢水含有多種難降解的有機染料、助劑等污染物。研究人員使用檸檬酸絡合和浸漬法制備 CuFe₂O₄-OVs/ Cu₂(OH)₃Cl 復合材料，在可見光照射下構建苯酚促進的協同降解體系，可在 90min 內降解 93% 的亞甲基藍和 100% 的苯酚，亞甲基藍的降解速率常數分別是光催化和芬頓反應的40.80倍和4.35倍[3]。

在微生物燃料電池中，陽極上的電化學活性菌通過氧化有機物將電子傳遞到陽極，電子再通過外電路傳遞到陰極，陰極上的還原反應可以消耗氧氣等電子受體，從而實現有機物的降解和能量的回收。在處理含抗生素廢水時，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估其在光催化、傳統芬頓氧化及光芬頓氧化過程中對四環素的降解效能[。試驗結果表明，光芬頓氧化體系在 60min 內即可實現四環素的完全去除，其性能顯著優于單獨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技術可以與光催化等其他技術協同作用，有效降解抗生素等難降解有機污染物。

超聲技術與生物降解技術的結合也是一種有效的多污染物協同降解手段。超聲波在液體中傳播時會產生空化效應，形成局部高溫高壓環境，能夠破壞微生物細胞壁，促進生物酶的釋放和活性提高，從而增強微生物對有機污染物的降解能力。研究人員利用低強度超聲，通過超聲空化初步裂解聚苯乙烯泡沫等菌膠團，將水體中的有機污染物先轉化為易生物降解的化合物，在超聲刺激下，細胞加速吸收這些底物并釋放活性酶，細胞的損傷效應使得微生物活性整體提高，更有利于提升后續污染物處理效果。研究發現，城市廢水污泥進行 30～120min 的超聲預處理后，厭氧發酵時間從22d縮短到 8d ，VOCs去除率從 45.8% 提高到 50.3% ，沼氣產量提高 220% ，生物活性也得到顯著提高[5]。

多相催化技術利用催化劑在不同物質相界面的活性，加快化學反應，并且具備同時分解多種污染物的能力。污水處理廠處理化工廢水時，采用鈦基負載型金屬氧化物催化劑，在常溫常壓下催化臭氧氧化，可顯著提升有機氯農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與現行的生化處理流程相結合，有農藥制造企業構建一條包含“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需氧量穩定保持在 80～100mg/L 總氮含量維持在 30mg/L 以下，總磷含量低于 2mg/L 所有指標均達到規定標準，成功實現對農藥生產廢水中多元污染物的同步高效降解。

3多污染物協同降解技術面臨的挑戰與未來展望

3.1技術挑戰

多污染物協同降解技術往往涉及多種工藝的耦合和復雜的設備系統，建設和運行成本較高。光催化協同芬頓技術需要使用特定的半導體材料和光源設備，同時需要精確控制反應條件，如pH值、催化劑投加量等，這些都增加技術的應用成本。在微生物電化學技術中，構建和維護微生物燃料電池的費用也不容小，包括電極材料的選擇、微生物菌種的培養和馴化等環節。此外，一些先進的多相催化技術采用貴金屬或特殊復合材料作為催化劑，其高昂的材料成本限制大規模的工業應用。

實際環境中，污染物種類繁多，濃度波動大，常常伴隨復雜的物理化學條件，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同降解技術的穩定性。以超聲強化生物降解技術為例，超聲波的強度和頻率需要根據具體的廢水特性進行精確調控，否則可能會對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，催化劑在復雜的廢水環境中容易發生中毒、失活現象，如被廢水中的重金屬離子、有機污染物等覆蓋活性位點，導致催化活性下降。在長時間運行過程中，設備的磨損、老化等問題也會影響技術的穩定運行。因此，應探索新的協同技術組合，開發更多高效、經濟的降解技術體系。污染物去除效率層面，應優化工藝條件，提高難降解有機物和重金屬污染物的去除率，確保出水達標。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，多污染物協同降解技術的發展重點在于新技術的開發與創新以及跨學科研究的深化。在新技術開發與創新方面，要研發更高活性、選擇性和穩定性的新型催化劑，如納米催化劑、復合催化劑等，以提高協同降解效率并降低成本；結合太陽能、風能等可再生能源，開發自驅動的協同降解系統，通過太陽能驅動的光催化與芬頓協同反應，降低能源消耗并實現高效降解；利用基因工程改造的微生物菌株、合成生物學構建的微生物群落等生物技術創新，使微生物能更高效地降解特定或多種污染物。在跨學科研究深化上，化學與材料科學融合，依據污染物特性及反應需求設計高效催化劑和功能材料；生物學與環境工程交叉，探究微生物作用機制，以優化生物處理工藝；運用物理學的先進表征技術，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構；從化學動力學、生物信息學等角度出發，預測調控污染物轉化路徑及微生物群落演替規律，實現精準治理，攻克協同降解技術難題。

4結論

在環境治理中，多污染物協同降解技術擁有巨大的應用潛力，實際廢水處理常用化學、生物、物理化學協同降解手段，如光催化與芬頓結合等，能提高去除效率，降低成本，穩定性好，但面臨成本高、設備復雜、污染物復雜等挑戰。未來需要研發新型催化劑，利用可再生能源，開發自驅動系統，深化跨學科研究，融合多學科知識，實現精準高效治理，推動環境質量提升。

參考文獻

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2 莊海峰，張雅荃.超聲強化有機廢水生物降解效能的研究進展[J].環境污染與防治，2024（9）：1358-1364.

3郭威.光催化協同Fenton技術有效降解水中有機污染物的應用研究進展[J].山西化工，2024(6）:42-44.

4吳恒，李佳芮，楊天宇，等.生物技術在有色冶金廢水處理中的應用[J].中國有色冶金，2024（6）:144-151.

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