一种三重效益的方法：利用集成电凝聚-吸附系统及原位聚碳酸酯（PAC）分离技术，同时去除地下水中的硝酸盐和新兴污染物

《Groundwater for Sustainable Development》：A triple-benefit approach: Simultaneous removal of nitrate and emerging contaminants from groundwater using an integrated electrocoagulation-adsorption system and in-situ PAC separation

本研究采用电凝聚-吸附耦合工艺处理受硝酸盐和新兴污染物（以双酚A为模型）污染的地下水，优化电极材料（铝阳极、铜泡沫阴极）、电流（0.3A）、反应时间（60分钟）和活性炭投加量（120mg/L）后，硝酸盐和双酚A去除率分别达94%和89%。电凝聚过程同步实现污染物去除与活性炭独立沉淀，无需后续分离步骤，工艺兼具高效性、经济性和操作便捷性。

　　在当前全球环境问题日益严峻的背景下，地下水污染已成为一个备受关注的议题。随着工业化和城市化的快速发展，水体中有机和无机污染物的共同存在现象愈发普遍。这些污染物不仅通过土壤渗透进入地下水系统，还可能对生态环境和人类健康造成严重威胁。硝酸盐（NO??）和新兴污染物（CECs）是两种常见的地下水污染物，它们各自具有不同的来源、行为特征和对环境的潜在影响。因此，开发一种能够同时去除这两种污染物的高效处理技术显得尤为重要。

硝酸盐主要来源于农业活动中的化肥使用、工业废水排放以及生活污水的处理不当。长期暴露于高浓度硝酸盐污染的水体中，可能引发多种健康问题，如甲基蓝蛋白血症（blue-baby syndrome），特别是在婴幼儿群体中更为显著。此外，硝酸盐污染还可能影响水体的生态平衡，导致藻类过度繁殖，进而影响水质和水生生物的生存环境。为了有效控制硝酸盐污染，各国监管机构如美国环境保护署（EPA）和世界卫生组织（WHO）均设定了相应的水质标准，以确保饮用水的安全性。

另一方面，新兴污染物（CECs）主要包括药物残留、农药、工业化学品等，这些物质通常具有较强的生物活性和环境持久性，其在水体中的浓度虽然较低，但依然可能对生态系统和人体健康产生不可忽视的影响。以双酚A（BPA）为例，它是一种广泛用于塑料制品的添加剂，因其稳定性、生物累积性以及对内分泌系统的干扰作用而备受关注。BPA在水体中的广泛存在表明，需要一种高效且可持续的去除策略，以减少其对环境和人类健康的潜在危害。

面对上述挑战，传统的单一处理技术往往难以满足同时去除硝酸盐和BPA的需求。例如，反渗透、生物脱氮、电渗析等方法虽然在处理硝酸盐方面表现出一定的效果，但它们在处理有机污染物时可能存在局限性。同样，吸附、高级氧化和化学氧化等方法在去除BPA方面具有较高的效率，但在处理硝酸盐时效果有限。因此，探索一种能够同时处理这两种污染物的集成技术，成为当前水处理研究的重要方向。

在这一背景下，电凝聚（Electrocoagulation, EC）与粉末活性炭（PAC）吸附相结合的集成系统，因其在处理多种污染物方面的潜力而受到越来越多的关注。电凝聚技术通过牺牲阳极的电解过程，能够生成多种金属离子，这些离子在水体中形成絮凝物，从而有效去除悬浮颗粒和部分溶解性污染物。同时，电凝聚过程中生成的絮凝物还可能促进活性炭的吸附作用，实现对污染物的协同去除。此外，该技术具有操作简便、能耗较低、适应性强等优点，因此在实际应用中具有较大的可行性。

为了进一步提高该技术的处理效果，研究人员对多种操作参数进行了系统性研究，包括电极材料的选择、电流强度、反应时间和活性炭投加量等。实验结果表明，使用铝阳极和铜泡沫阴极的组合能够显著提升硝酸盐和BPA的去除效率。在电流为0.3 A、反应时间为60分钟、活性炭投加量为120 mg/L的条件下，硝酸盐的去除率达到94%，而BPA的去除率则达到89%。这些数据表明，该集成系统在实际应用中具有较高的处理效率。

从机制角度来看，电凝聚不仅能够促进污染物的去除，还能够在反应过程中实现活性炭的原位分离。这种特性避免了传统处理技术中需要额外步骤进行固液分离的问题，从而简化了整个处理流程，提高了处理效率。同时，由于电凝聚和吸附过程可以同步进行，这种集成技术还能够有效减少空间占用和操作成本，提高系统的经济性和实用性。

此外，该技术在处理实际地下水样本时表现出良好的适应性。尽管许多研究通常基于合成水样进行，但实际地下水的成分更为复杂，包含多种无机和有机污染物。因此，本研究在实际地下水条件下对电凝聚-活性炭吸附系统进行了评估，以确保其在真实环境中的有效性。实验结果表明，该系统能够在多种实际地下水样本中实现稳定的污染物去除效果，显示出其在实际应用中的广阔前景。

在当前的环境治理背景下，开发一种高效、经济、环保的地下水处理技术，对于保障水资源安全和促进可持续发展具有重要意义。电凝聚-活性炭吸附集成系统作为一种新型的水处理技术，不仅能够有效去除硝酸盐和BPA，还能够通过原位分离和同步处理的方式，提高整个系统的运行效率和经济性。未来的研究可以进一步探索该技术在不同水质条件下的适用性，以及如何优化操作参数以实现最佳处理效果。同时，也可以结合其他先进的水处理技术，如膜分离、生物修复等，构建更加完善的地下水污染治理体系。

综上所述，本研究通过实验验证了电凝聚-活性炭吸附集成系统在同时去除硝酸盐和BPA方面的有效性，并明确了其在实际地下水处理中的应用潜力。这一技术不仅为解决地下水污染问题提供了新的思路，也为环境工程领域的技术创新和应用拓展做出了积极贡献。随着对地下水污染治理需求的不断增加，这种集成技术有望在未来得到更广泛的应用和推广，为实现水资源的可持续管理和保护提供有力支持。