太阳能氯-光芬顿技术在乡村分散式污水处理中的应用：示范工程实现微污染物去除与消毒副产物控制

为解决乡村分散式污水处理中水质波动大、微污染物残留及消毒副产物(DBPs)生成等问题，研究人员开发了太阳能氯-光芬顿(SCPF)技术，通过37-m2跑道池反应器(RPR)示范工程验证。结果表明，该技术可在1小时水力停留时间(HRT)内实现60%有机微污染物去除，产出符合欧盟B类标准的灌溉用水，且三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)浓度分别低于1.8和8.3 μg/L。该研究为乡村地区可持续水回用提供了创新解决方案。

　　

在全球水资源短缺和乡村基础设施薄弱的双重挑战下，如何实现高效、低成本的污水处理与回用成为紧迫课题。传统乡村污水处理系统常面临水质成分复杂、流量波动大、消毒副产物风险高等问题，而现有技术难以兼顾微污染物降解与病原体灭活。更棘手的是，乡村地区往往缺乏专业运维人员，使得技术推广雪上加霜。西班牙阿尔梅里亚太阳能研究中心团队在《Journal of Water Process Engineering》发表的这项研究，就像为乡村污水处理量身定制的"太阳能净化器"，通过巧妙结合自然光能与化学氧化，给出了创新性解决方案。

研究团队采用三项核心技术：1) 37-m²跑道池反应器(RPR)的流体动力学优化，通过示踪实验确定最佳混合时间；2) 太阳能氯-光芬顿(SCPF)工艺，整合Fe³⁺-NTA(硝基三乙酸铁)、H₂O₂和NaOCl的协同作用；3) 全自动化控制系统，实时监测pH、氧化还原电位等参数。实验水源来自西班牙Uleila del Campo污水处理厂的二级出水，涵盖冬夏两季水质变化。

2.1 反应器设计与混合优化

通过调整桨轮转速(0.22-0.5 m/s)和液位高度(10-20 cm)，发现20 cm液深与0.22 m/s转速组合可实现10分钟混合时间，能耗仅24.2 W/m³。反应器长宽比降至3.8，较先前设计缩短混合时间66%，为连续流操作奠定基础。

3.2 SCPF工艺性能

在0.1 mM Fe³⁺-NTA、0.73 mM H₂O₂和0.13 mM NaOCl的温和氧化条件下，夏季处理出水达到欧盟A类标准(6.7 log₁₀的E. coli灭活)，冬季仍满足B类要求。微污染物总量去除率47-55%，其中镇痛药代谢物4-FAA和4-MAA去除效果显著。更值得注意的是，THMs和HAAs浓度分别低于1.8和8.3 μg/L，仅为意大利灌溉用水标准的1/16和1/7。

讨论与意义

该研究突破了传统光芬顿技术在中性pH条件下效率低的瓶颈，通过氯的协同消毒作用，将处理时间压缩至1小时。针对乡村污水水质波动大的特点，SCPF展现出独特适应性：冬季高无机碳(80.8 mg/L)和夏季高浊度(20 NTU)条件下均能稳定运行。自动化设计则解决了乡村技术力量薄弱的核心痛点。

这项技术不仅为地中海地区橄榄、杏仁等经济作物灌溉提供了安全水源，其模块化设计更可推广至全球阳光充足的发展中地区。未来研究可进一步优化氧化剂投加策略，并评估长期灌溉对土壤微生物组的影响。正如作者指出，这是"迈向可持续水回用的重要一步"，为实现联合国可持续发展目标(SDG)6提供了切实可行的技术路径。