光催化-電化學(xué)協(xié)同氧化在抗生素殘留廢水中的深度處理應(yīng)用
一、引言
抗生素類藥物廣泛應(yīng)用于醫(yī)療與養(yǎng)殖業(yè)，其殘留廢水進(jìn)入環(huán)境后易引發(fā)抗藥性細(xì)菌擴(kuò)散，已成為全球關(guān)注的新興污染物之一。由于抗生素分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性強(qiáng)，傳統(tǒng)生物處理方法難以徹底去除。近年來，光催化-電化學(xué)協(xié)同氧化（Photocatalytic-Electrochemical Oxidation, PECO）因其高效自由基生成能力，成為抗生素廢水深度處理的重要技術(shù)路徑之一。
二、技術(shù)原理
PECO是將光催化與電化學(xué)氧化相結(jié)合的一種高級氧化工藝，通過以下機(jī)制實現(xiàn)污染物降解：
光催化階段：半導(dǎo)體催化劑（如TiO?、g-C?N?、ZnO）在紫外或可見光照射下產(chǎn)生電子-空穴對；
電化學(xué)增強(qiáng)：外加電流促進(jìn)空穴遷移并抑制電子-空穴復(fù)合，提高反應(yīng)效率；
自由基生成：產(chǎn)生的·OH、SO?^?·等活性物種礦化抗生素分子，最終轉(zhuǎn)化為CO?和H?O；
協(xié)同效應(yīng)：兩者結(jié)合可提升氧化能力、縮短反應(yīng)時間并降低能耗。
三、工藝優(yōu)勢
該技術(shù)具有多個顯著優(yōu)點：反應(yīng)條件溫和，常溫常壓即可運(yùn)行；對ppb級抗生素具有高降解率；不依賴傳統(tǒng)化學(xué)藥劑，環(huán)保性高；可與膜過濾（如UF、NF）耦合用于回用；操作簡單，易于自動化控制。
四、關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化
影響PECO處理效果的關(guān)鍵因素包括光源類型、電壓/電流密度、pH值以及催化劑種類。通常采用UV-A或LED可見光作為光源，電壓控制在5–20 V之間，電流密度在10–40 mA/cm2范圍內(nèi)較為合適。pH值宜控制在酸性至中性范圍（3–6），以利于自由基生成。常用的催化劑有TiO?、g-C?N?、BiVO?等，需根據(jù)目標(biāo)污染物選擇合適的材料。
五、實際應(yīng)用案例
某醫(yī)院污水處理站采用PECO系統(tǒng)處理含頭孢曲松鈉廢水，系統(tǒng)配置為TiO?涂層鈦陽極板、石墨陰極，光源為365 nm紫外燈，運(yùn)行參數(shù)為pH=3.5、電壓20V。經(jīng)處理后COD去除率達(dá)91%，抗生素降解率達(dá)到97%以上，出水達(dá)到《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18466-2005）一級標(biāo)準(zhǔn)。
六、未來發(fā)展方向
未來的研究重點將集中在開發(fā)可見光響應(yīng)型催化劑以降低能耗，探索模塊化設(shè)計便于工程放大，與AI控制結(jié)合實現(xiàn)智能調(diào)控，并構(gòu)建多級組合工藝（如PECO+MBR）提升整體處理效率。
