铝/铜电极电化学高效净化船舶舱底水：机理探索与可持续解决方案

为解决船舶舱底水成分复杂（含油类、重金属等）、传统处理技术成本高且效率低的问题，研究人员采用铝/铜电极电化学技术开展净化研究。结果表明，该方法30分钟内可降低碱度75%、pH至7-8、硝酸盐78%，并近乎完全去除游离氯和铜，符合IMO排放标准。该技术能耗低、无化学添加，契合SDGs 6/12/14目标，为海洋环境保护提供创新方案。

　　

船舶舱底水是航运业不可避免的副产品，其复杂成分包括海水、淡水、液压油、脂肪、重金属及有机污染物，不仅威胁船舶安全，更对海洋生态系统构成严峻挑战。国际海事组织（IMO）虽通过MARPOL 73/78公约严格限制排放标准（如油类≤15 mg/L），但传统重力油水分离器（OWS）仅能将油含量降至20-100 mg/L，且难以处理乳化油和小油滴。现有技术如超滤（UF）、絮凝和生物处理存在高成本、操作复杂等缺陷，亟需开发高效、可持续的替代方案。

在此背景下，研究人员聚焦电化学技术，提出以铝（Al）/铜（Cu）电极协同氧化、还原、混凝和浮选四步净化策略。研究团队从船舶直接采集舱底水样本（黏稠浑浊，含高比例乳化油），通过直流电源（K3010D）和水质分析仪（PoolLab 2.0）系统评估了铅/铜、铝/铜、铁/铝三组电极性能，最终选定铝/铜电极进行参数优化实验。

关键实验方法
研究采用控制变量法，对比不同电压（20-30V）和电流（1-10A）下铝/铜电极的处理效果，监测时间点为10/30/50分钟。水质指标包括碱度（CaCO₃）、pH、硫酸盐（SO₄^2-）、硝酸盐（Pb(NO₃)₂）、游离氯（Cl₂）和铜浓度，通过电极溶解产生的Al³⁺/Cu²⁺离子及其水解产物的混凝作用实现污染物去除。

研究结果

1. 电极筛选实验：铝/铜电极表现最优，处理后水体透明度显著提升（仅残留轻微气味），而铁/铝电极导致严重浑浊。铅/铜电极因重金属毒性风险被淘汰。
2. 碱度与pH调控：30V/5A条件下，碱度10分钟内从200 mg/L骤降至54 mg/L；pH从9.5降至7.5，归因于阳极H⁺生成与Al(OH)₃絮体中和作用。
3. 污染物特异性去除：硝酸盐在20V/5A下10分钟降低78%，但硫酸盐几乎无变化；游离氯和铜均在10分钟内近乎完全清除，体现电还原反应的高效性。

结论与意义
该研究证实铝/铜电极电化学技术可在30分钟内使舱底水达到IMO排放标准，且无需添加化学试剂，能耗显著低于传统方法。其创新性在于利用海水高氯特性增强电化学效率，同时避免铁电极产生的二次污染。成果为船舶废水管理提供符合联合国可持续发展目标（SDGs）的解决方案，尤其对保护海洋生物多样性（SDG 14）和促进循环经济（SDG 12）具有实践价值。未来研究可进一步优化电流密度以抑制副反应，并探索与其他技术联用的可行性。论文发表于《Water Resources and Industry》，为绿色航运技术发展提供了重要参考。