极性反转电凝法缓解镁电极钝化：从源头分离尿液中高效回收鸟粪石

针对镁电极钝化阻碍电凝法(EC)规模化应用的难题，研究人员通过极性反转电凝技术(PR-EC)优化磷酸盐回收工艺。研究发现5分钟极性反转时间(PRT)可实现>98%磷回收率和1.90 g L?1 鸟粪石产量，电极腐蚀速率(19.36 mm year?1 )接近新鲜电极水平。该技术为废水资源化提供了可持续解决方案。

　　

随着全球磷矿资源枯竭与水体重富营养化问题加剧，从废水中回收磷酸盐成为可持续发展的重要课题。电化学鸟粪石(MgNH₄
PO₄
·6H₂
O)沉淀技术因其高效性和环境友好特性备受关注，但镁阳极在反应过程中形成的钝化层（含Mg(OH)₂
、MgCO₃
等）会显著抑制Mg²⁺
释放，制约技术规模化应用。传统机械清洗或化学处理方法存在能耗高、操作复杂等缺陷，亟需开发新型钝化控制策略。

针对这一技术瓶颈，印度科学与技术部资助的研究团队创新性地将极性反转电凝技术(PR-EC)应用于源头分离尿液体系。通过系统研究镁电极电化学行为，发现5分钟极性反转时间(PRT)可实现磷酸盐回收率>98%，鸟粪石产量达1.90 g L^?1
，且电极腐蚀速率(19.36 mm year^?1
)与新鲜电极(24.35 mm year^?1
)相当。相关成果发表于《Journal of Water Process Engineering》，为废水磷回收技术产业化提供了重要参考。

关键技术方法包括：1）采用20-35岁健康男性捐赠的新鲜尿液（pH 6.23±0.20）作为反应基质；2）通过计时电位法、循环伏安法和塔菲尔极化曲线分析电极钝化行为；3）对比研究0-10分钟PRT对钝化抑制效果；4）采用FTIR、XRD、SEM-EDX多模态表征沉淀物组分；5）评估电极配置（单极串联vs双极）对反应效率的影响。

Electrochemical characterization
研究发现镁电极钝化过程可分为四个阶段：初始活化期、钝化层形成期、稳定期和局部击穿期。循环伏安曲线显示在-1.5V至-0.5V区间存在明显氧化还原峰，证实电极表面发生Mg→Mg²⁺
+2e^-
反应。塔菲尔曲线推算的腐蚀电流密度显示PR-EC处理电极(5分钟PRT)比传统直流电凝(DC-EC)降低42%极化电阻。

Urine collection
研究采用严格控制的尿液样本采集标准，所有供体均签署知情同意书。样本在-20℃保存以防止尿素水解，确保实验体系反映真实废水特性。初始尿液成分分析显示其富含PO₄
^3-
(284±15 mg L^?1
)和NH₄
⁺
(3.2±0.3 g L^?1
)，为鸟粪石结晶提供理想条件。

Conclusion
研究证实PR-EC通过周期性改变电流方向有效破坏钝化层，使电极表面持续暴露新鲜活性位点。与DC-EC相比，PR-EC在连续批次实验中保持稳定的磷回收效率（波动<3%），且单位能耗降低28%。双极配置下增大表面积体积比可进一步提升反应动力学，30分钟内即完成90%磷回收。

该技术的突破性意义在于：1）首次系统阐明PR-EC对镁电极钝化的抑制机制；2）建立适用于真实废水体系的优化参数（PRT=5分钟）；3）产物经XRD鉴定为纯度>95%的鸟粪石，可直接用作缓释磷肥；4）为电化学水处理技术产业化提供普适性钝化控制策略。研究团队特别指出，该工艺无需调节尿液pH值，且电极寿命延长3倍以上，具有显著的经济和环境效益。未来研究将聚焦于大规模反应器设计和能量回收系统优化。