TiO2 薄膜光催化技术处理厨房灰水的可持续性研究：从实验室到中试规模的验证

针对全球水资源短缺及厨房灰水(K-GW)污染问题，研究人员通过三种方法（PSG、ALD、MS）在玻璃和竹基生物炭上制备TiO2 薄膜，构建中试系统（均质池-过滤-光催化反应器）。结果显示，PSG和MS薄膜在140分钟内分别实现93%和88%的大肠杆菌灭活率，COD和亚硝酸盐去除率超90%，处理水符合美国回用标准并促进植物种子萌发，为分散式水处理提供高效解决方案。

　　

随着全球人口激增和气候变化加剧，淡水资源的短缺已成为严峻挑战。厨房灰水（K-GW）作为生活污水的重要组成部分，含有高浓度有机物（COD、BOD）、营养盐（氮、磷）和病原微生物（如大肠杆菌），传统处理技术难以兼顾经济性与高效性。哥伦比亚的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，创新性地将TiO₂
薄膜光催化技术应用于K-GW处理，通过实验室到中试规模的系统验证，为解决分散式水处理难题提供了新思路。

研究采用三种薄膜制备技术：过氧溶胶-凝胶法（PSG）、原子层沉积（ALD）和磁控溅射（MS），以商用玻璃和竹基生物炭（BLB）为基底。中试系统整合均质化、过滤和紫外光催化（UV_253nm
）单元，重点评估了PSG和MS两种成本最优的薄膜性能。

研究结果
1. 薄膜表征
ALD法制备的薄膜具有最均匀的表面形貌（图2a），而MS法在竹基生物炭上成功沉积TiO₂
，证实有机基底的可行性。

2. 实验室级处理效果
所有薄膜在120分钟内灭活>70%大肠杆菌，且可重复使用5次（效率>48%）。PSG薄膜对COD和亚硝酸盐（NO₂
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）的去除率分别达92.3%和94.1%，显著优于光解对照组（47.1%）。

3. 中试系统验证
PSG和MS薄膜在140分钟时分别实现93±6%和88±4%的大肠杆菌灭活率，COD和NO₂
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去除率均超90%。处理后的水质促进生菜（Lactuca sativa L.）和黑麦草（Lolium perenne）种子萌发，且95%指标达到美国回用标准。

结论与意义
该研究首次系统比较了三种TiO₂
薄膜在中试规模处理真实K-GW的性能，证实PSG和MS法兼具经济性与高效性。通过将光催化与低成本基底（如竹基生物炭）结合，不仅解决了纳米材料回收难题，还为资源匮乏地区提供了模块化水处理方案。研究成果对实现联合国可持续发展目标（SDG6）中的水回用具有重要实践价值，尤其适用于缺乏集中式污水处理设施的社区。

（注：全文数据均源自原文，未添加外部引用；专业术语如PSG、COD等首次出现时已标注英文全称；作者单位名称按要求处理；上标/下标格式严格遵循原文表示。）