《Journal of Water Process Engineering》：Technological advances and sustainable pathways for electrolytic wastewater treatment
编辑推荐：
未经处理及处理不充分的废水持续排放正严重破坏水资源，威胁水生生态系统与人类健康，因此亟需高效、经济且可持续的处理技术。在新兴技术中，电解法凭借能效高、环境友好性及适配性强的优势，成为废水修复的重要解决方案。本研究系统梳理了电极材料、反应器构型及高能效电解体系的
未经处理及处理不充分的废水持续排放正严重破坏水资源，威胁水生生态系统与人类健康，因此亟需高效、经济且可持续的处理技术。在新兴技术中，电解法凭借能效高、环境友好性及适配性强的优势，成为废水修复的重要解决方案。本研究系统梳理了电极材料、反应器构型及高能效电解体系的最新进展，重点关注连续流运行、可再生能源耦合、资源回收、非钝化电极及混合处理策略。通过对近期研究的对比评估，研究人员在明确关键技术突破的同时，指出了当前面临的持续性挑战，包括运行成本高、放大难度大、污泥产量高及有毒副产物生成等问题。通过整合最新研究进展并识别关键研究缺口，本综述提出了未来研究优先级，以推动电解技术从实验室研究向大规模可持续废水处理应用转化。
- 1.
引言
全球淡水短缺已成为21世纪最紧迫的挑战之一，人口增长、工业化、城市化、采矿及农业扩张驱动下的淡水资源污染加剧，进一步压缩了有限的水供应。除采取预防措施减少淡水水体污染负荷外，开发高效处理技术实现受污染水体的回用与环境无害化同样关键。因此，亟需创新高效的处理方法，在技术水平、成本效益及环境可持续性上超越传统工艺。电解（电化学）工艺因操作简便、选择性高、化学药剂投加量少、污泥产量低、环境兼容性强及反应条件温和等优势受到广泛关注，涵盖电化学氧化、电化学还原、电催化、电渗析、电化学消毒、电混凝、电絮凝、电芬顿及其他高级氧化工艺等多种技术路线，可有效去除乳化油、药物活性成分、重金属、病原体及常规氧化工艺难以降解的新兴持久性污染物。近年来，硼掺杂金刚石、马格内利相氧化钛、尺寸稳定电极、铁/铝基电极、穿孔阴极、金属有机框架基电极、石墨烯基颗粒电极及三维电极等材料的应用，显著提升了电解体系的表面积、矿化效率、耐久性及耐腐蚀性，同时降低了成本与能耗。此外，光电催化、超声电混凝、电化学芬顿、电氧化-电催化等技术的耦合及新型反应器构型的开发，进一步提升了系统的能效与可持续性。尽管取得上述进展，电化学工艺仍面临电极钝化、高能耗及有害副产物（如氯化物）生成等瓶颈，限制了大规模应用。未来研究需聚焦资源回收、副产物管控、全生命周期评估及全面的技术经济评价，以保障实际可行性与环境安全性。本综述批判性分析了电解废水处理的最新进展，重点关注电极材料、反应器设计、与传统工艺的耦合及可持续低成本运行的实现路径，识别研究缺口与规模化机遇，为下一代电解技术的实际应用提供参考。
- 2.
方法论
本研究采用结构化系统性文献综述方法，梳理电解废水处理领域的技术进展、系统级开发及可持续路径。检索覆盖Scopus、Web of Science、Springer Nature、ScienceDirect及Google Scholar等主流数据库，检索时限为2015至2025年的英文同行评审文献，关键词组合包括电解废水处理、电化学氧化、电化学消毒、电催化、电芬顿、电催化臭氧化、电化学高级氧化工艺、超声电混凝及超声-臭氧电化学处理等，并根据检索结果迭代优化检索词。文献筛选标准聚焦于废水处理效能、电极材料、反应器构型、能源效率、资源回收及系统集成相关研究，优先纳入包含实验验证、中试示范、技术经济评估或可持续性分析的研究。排除仅涉及基础电化学理论而无废水修复应用、非电解处理工艺及缺乏足够实验证据或性能评估的文献，经标题摘要初筛及全文复筛后，按处理目标（如有机污染物降解、营养盐回收、重金属去除）、电解工艺类型（如电氧化、电混凝、电芬顿）、电极材料、反应器设计及能源集成策略对纳入研究进行分类，通过对比分析整合性能指标、能耗、可扩展性及可持续性结果的演变趋势，最终形成技术发展脉络与挑战研判，为未来研究方向提供依据。
- 3.
电解废水处理原理
电化学高级氧化工艺（EAOPs）因在去除新兴持久性有机污染物方面的显著优势，成为废水处理的重要技术分支，尤其适用于分散式场景及染料、抗生素、药物及微塑料等难降解污染物的处理。EAOPs中有机物在阳极的氧化途径包括直接电子转移（直接阳极氧化）及电化学生成的活性氧物种介导的间接氧化，其中羟基自由基（OH•）是最主要的氧化剂。因此，阳极的物理化学性质（如催化活性、表面形貌、稳定性及析氧过电位）是决定工艺效率、选择性与整体性能的核心因素。研究表明，不同阳极材料的矿化效率、选择性及能耗差异显著：Ti4O7涂层石墨板在pH=6.87、电流密度7.23 mA cm?2、NaCl为支持电解质的条件下，可实现99.39%的药物去除率及81.27%（TOC）、66.39%（COD）的矿化效率；铌基硼掺杂金刚石（Nb/BDD）阳极在Na2SO4电解质体系中可实现99%以上的药物去除，能耗低至8.69 kWh m?3；钐掺杂Ti4O7阳极在pH=5、电流密度20 mA cm?2条件下对磺胺二甲嘧啶的去除率达91.2%；β-PbO2阳极在酸性条件下可实现74%的总镍去除率及40%的TOC去除率；三维Ni-Mn二元氧化物阳极在5 mA cm?2电流密度下可实现苯酚完全去除及80%的COD去除。电化学处理体系通过污染物与电场在溶液体相及电极界面的相互作用实现去除，机制包括阳极氧化、阴极还原、双电层静电吸附、电极表面封装固定及后续降解等。先进电极架构（如二维或层状材料）可进一步强化传质、增加活性位点暴露及促进电子传输，提升处理效率。与传统混凝沉淀工艺相比，电化学方法产生的残余固量更低，显著降低后续处置成本；且该技术以电能为主要驱动力，大幅减少外源化学试剂投加，降低二次污染风险，增强工艺安全性与环境可持续性。
- 4.
电解废水处理技术进步
电化学技术（包括电混凝、电气浮、电催化、电化学氧化及电还原等）因适用性强、污染物去除效率高而备受关注。其中电化学氧化占据核心地位，可通过阳极表面直接电子转移或直接/间接氧化路径实现污染物降解，例如过硫酸盐的电化学活化可产生硫酸根自由基，与电混凝联用可实现88.67%的COD去除。氯离子的存在虽可通过生成活性氯物种（RCS）提升降解效率，但需严格控制电流密度、电极类型及电解质组成以避免氯化副产物生成。电极材料的选择直接决定工艺的选择性、效率及耐久性：硼掺杂金刚石（BDD）电极虽具备优异的化学稳定性与宽电位窗口，但制备成本高昂，500 ppm硼掺杂量的BDD电极在12.5 mA cm?2电流密度下可实现90%的20 mg L?1聚苯乙烯纳米颗粒降解，处理成本为30.4 � m?3；稀土掺杂的Ti/RuO2-SnO2电极（如1.5%镱掺杂）可将COD矿化率提升至85.06%，但材料成本同步上升。为突破成本限制，研究人员开发了高导电性、高稳定性且易规模化制备的电极材料，其中马格内利相Ti4O7作为非活性阳极，可替代BDD用于噻虫胺、莠去津及全氟辛烷磺酸（PFOS）等污染物的降解，但其合成成本较高且寄生析氢反应会降低能效。反应性电化学膜（REMs）是近年来的创新成果，其将膜过滤与电化学高级氧化工艺（EAOPs）耦合，可缓解膜污染与传质限制，例如微孔结构Ti4O7基REMs在焦化废水处理中表现出稳定的污染物去除性能。
4.1 电化学消毒与电氧化
电化学消毒通过电解原位生成Cl2、O3、SO4•?及OH•等强氧化剂，实现有机物与微生物的同步去除，在分散式废水处理中应用潜力显著。氯离子的存在可促进活性氯物种生成，但过量氯气会导致有毒副产物生成，因此需开发低能耗、低毒性的替代工艺。近期研究显示，铂电极电化学氧化可实现98%以上的双氯芬酸去除及病原体灭活；CoFe2O4-MWCNTs@NF阴极可高效去除实际污水处理厂出水中的大肠杆菌；Pt/Ti电极臭氧辅助电氧化可实现84%的COD去除与99.43%的色度去除；Ti/PbO2-IrO2-RuO2阳极连续电氧化处理实际纺织废水可实现99%的色度去除与94%的COD去除；BDD电极脉冲电解氧化对环丙沙星废水的COD去除率达92.4%；不锈钢阴极与混合金属氧化物涂层钛网阳极组成的批式循环流反应器处理厨房废水可实现99%的COD去除；氮掺杂碳基阴极可实现68.6%的ClO3?与56.3%的ClO4?削减；碳负载镧系衍生物阳极可实现99%的林可霉素去除与95%的大肠杆菌灭活。为降低能耗，研究人员探索了水电解析氢的耦合工艺，双功能电化学反应器可同步实现制氢与废水净化。尺寸稳定电极（DSE）基电氧化系统在湿地水消毒中可实现6 log级的细菌与噬菌体削减，能耗仅为0.5-1.0 kWh m?3，显著低于臭氧氧化与高级氧化工艺。钕掺杂Ti4O7反应性电化学膜（REMs）可强化大肠杆菌消毒与抗生素抗性基因的电氧化去除；3D打印电极架构通过优化传质与催化活性，进一步提升了处理效能；镧系元素掺杂的氧化钛基阳极在43次循环后仍保持96.1%的氟苯尼考矿化效率。电化学消毒还可与反渗透（RO）耦合用于水质软化，减少膜污染并提升回用潜力，微生物燃料电池（MFCs）与紫外照射联用也可实现高效的病毒与细菌灭活。
4.2 电化学氧化（EO）
反渗透（RO）膜法处理纺织废水易发生膜污染，需后续处理单元协同。电化学氧化（EO）可有效去除RO出水的染料与化学需氧量（COD），钛阳极与304不锈钢阴极组成的小型反应器在3 min电解后即可实现90%的色度削减（能耗3.06 kWh m?3）与64%的COD去除（能耗19.16 kWh kg?1）。BDD阳极氧化溴酚蓝的研究中，人工神经网络（ANNs）与遗传算法（GAs）优化显示，在电流密度31.25 mA cm?2、pH=2.8条件下，脱色率可达95.5%，60 min内COD去除率为69%。不同阳极材料的性能差异显著：石墨阳极因析氧过电位低导致处理效能不足；Ti/Pb电极虽氧化能力强，但存在电化学腐蚀与铅溶出问题，ZrO2纳米颗粒共沉积可使铅溶出量降低56.73%；钇掺杂三维石墨烯-PbO2电极的自腐蚀电位提升至1.360 V，自腐蚀电流密度降至0.047 A，耐腐蚀性显著增强；尺寸稳定阳极（DSA）兼具成本优势与中等矿化能力，但耐久性与性能仍有提升空间。BDD电极因化学稳定性优异、电位窗口宽、耐腐蚀性强而备受关注，其在氧氟沙星降解中，羟基自由基（OH•）是主要氧化物种，低电流密度与惰性电解质条件下以OH•主导的非选择性氧化为主，高电流密度与含氯电解质条件下则转向活性氯物种介导的间接氧化。焦化废水处理中，Ti/Ti4O7阳极（析氧电位1.8 V）的COD去除率（85.8%）与TOC去除率（54.8%）均优于Ti/RuO2-IrO2阳极（析氧电位2.6 V），能耗仅为53.4 kWh t?1，电流效率达65.5%。3D打印TiOx（3D-TiOx）电极因精准设计的多孔结构强化了传质与反应动力学，2 h内对乙酰氨基酚去除率达75%，高于BDD（66%）与Ti/TiOx（15%）电极。类金刚石碳（DLC）沉积改性DSA形成的Ti/RuO2-TiO2/DLC与Ti/Sb-SnO2/DLC复合电极，兼具双电层电容高、电荷转移效率优及服役寿命长的特点，可通过直接电子转移与活性物种（OH•、1O2）介导的间接氧化实现污染物降解，为高级废水处理提供了可持续路径。
4.3 电混凝（EC）与电絮凝（EF）
电混凝（EC）与电絮凝（EF）广泛用于重金属、悬浮固体、微生物、分散油等污染物的去除，其核心是通过电化学反应原位生成混凝剂、气泡及絮凝剂。人工智能工具（如遗传算法与人工神经网络）已成功用于优化含油废水处理的EC性能。EC过程分为三个阶段：阳极溶解、污染物失稳及絮体聚集。实验室与中试规模的COD去除率分别可达93.58%与92.84%，但过高电解质浓度会抑制EC效能。电絮凝通过牺牲阳极（通常为铁或铝）溶解生成絮凝剂，在印染废水处理中，絮凝作用对净化的贡献超过氧化过程。电解质组成显著影响EF性能：硫酸钠在脱色率（+3.31%）、COD去除率（+28.65%）上优于氯化钠，且可减少0.214 g的絮凝沉淀量；氯化钠虽可缓解铝电极钝化，但硫酸钠的COD去除效能更优。搅拌速率、温度、池体设计、电流密度、功率输入及初始pH是调控EC性能的关键参数。光伏行业废水中氟化物浓度高，传统石灰沉淀法去除效果不佳，铁阳极EC耦合电气浮可实现63%的氟化物去除（pH=4，电流1.4 A，2 g L?1 NaCl，90 min）。鱼塘废水处理中，Al-Al电极对在电流3 A、pH=2、时间60 min、3 g L?1 NaCl条件下，可实现87.9%的浊度去除、76.9%的生化需氧量（BOD）削减与86.4%的COD去除；Fe-Fe构型则表现出最高的色度去除率（73.6%），优化条件下能耗仅为0.25 Wh m?3。合成橄榄厂废水处理中，EC在12.5 mA cm?2电流密度、400 mg L?1 NaCl、60 min条件下可实现99%的COD去除，全生命周期评估显示其CO2排放量低于其他高级氧化工艺。酸性矿山废水EC处理可实现99.95%的铁去除率。屠宰场废水等高浓度工业废水处理中，铁基反应器在32.36 mA cm?2电流密度、pH=4.07、0.008 M Na2SO4条件下可实现约90%的COD矿化；铝电极预中试系统可实现完全消毒与脱色，25 mA cm?2电流密度下TOC去除率达72.7%，能耗为19.80 kWh m?3，验证了EC的工业化潜力。EC是典型的混凝-气浮-电化学耦合工艺，电解过程中阳极发生氧化反应释放金属离子，阴极发生还原反应生成氢气与氢氧根离子，金属离子与氢氧根结合形成金属氢氧化物，促进絮体生成，氢气与氧气气泡则通过气浮作用实现絮体与液相分离，过氧化氢的原位生成也可强化有毒化合物的氧化降解，致密絮体可通过常规固液分离技术去除。电絮凝还被用于水体中过量氮与微藻的去除，可实现83%的总氮去除与90%的无机氮去除，但当前能耗高达33 MWh t?1，经济性有待提升。石墨电极电气浮与聚丙烯酰胺（PAM）絮凝的协同作用在60-120 s内即可实现95%的微藻收获率，最优PAM投加量为5-10 mg L?1，电流密度为30 A m?2，能耗仅为4.97×10?4 kWh L?1，但中试规模验证仍需进一步开展。
4.4 电催化氧化
电催化是电化学高级氧化工艺（EAOPs）的核心，通过将电能转化为化学能生成羟基自由基（•OH）等活性氧化物种实现污染物降解，其性能取决于催化剂的性质，直接影响反应动力学、选择性与能效。废弃物衍生的一维FeOOH负载金属离子（As、Cr或Mo）可作为电催化剂活化过一硫酸盐降解甲硝唑，其中钼负载1D-FeOOH在100 ppm Na2SO4电解质、25 mA cm?2电流密度下，30 min内可实现99.6%的甲硝唑去除，•OH与SO4•?是主要活性物种，且电力可来自可再生能源，属于绿色氧化策略。多相电催化中，固体导电电极决定过电位（克服电极-电解质界面动力学壁垒所需的额外电位），其与反应物、产物、电解质及电极材料的界面相互作用密切相关，因此降低过电位是电催化剂设计的核心目标。电极按结构可分为二维平面电极与三维多孔电极，前者活性表面积与传质能力有限，后者则可提供更高的活性面积、改善传质并提升时空产率，更适合复杂有机废水处理。尺寸稳定电催化Ti/RuO2阳极与石墨阴极在NaCl介质中对合成与实际焦化废水中的多种污染物表现出高效去除能力，优化条件（初始pH=8，NaCl=1.6 g L?1，电流密度24 mA cm?2，H2O2催化剂0.030 M）下，180 min内苯酚、氰化物、氨氮与COD的去除率分别达99.34%、96.23%、94.43%与90.13%。以氟化焦化废水为前驱体制备的TiO2纳米阵列电催化剂（析氧电位2.75 V）在2 mA cm?2电流密度下可有效去除氨氮与悬浮污染物，能耗为63-68 kWh kgCOD?1，黑色TiO2纳米阵列通过活性氯物种与羟基自由基的协同作用提升可生物降解性并促进有机物分解。碳基纳米材料因耐腐蚀性强、稳定性高成为有机污染物降解的优选电催化剂，碳纳米结构或氧化钛掺杂可显著提升阳极催化性能，三维颗粒电极可进一步优化传质与电流效率；过渡金属（如Co、Cu）掺杂的层状双氢氧化物（LDHs）可加快电子转移并提升催化活性。铂、金与碳毡阳极对活性蓝49染料的电催化降解研究显示，碳毡（析氧电位2.8 V）在pH=3、180 min、200 mA cm?2条件下去除率最高，Na2SO4体系中脱色率达92.88%，KCl体系中达99.5%。未来研究需聚焦长效电催化剂开发、连续流反应器构型优化及混合电化学系统设计，以进一步降低能耗并维持高降解效率。
- 5.
混合技术
混合电化学系统通过整合多种处理机制，在提升污染物去除率的同时降低整体能耗。填埋渗滤液处理中，超声-臭氧-电混凝混合工艺可实现97.5%的COD去除与100%的色度去除，能耗降至8 kWh m?3；超声辅助电化学工艺在强化持久性有机污染物降解的同时，可缓解电极污染与钝化。超声单独应用于废水处理的效果有限，但与电化学耦合后效能显著提升：超声电混凝系统中，超声波促进电极表面带正电金属离子的溶解，通过电荷中和作用强化絮凝剂生成，阴极析氢与羟基自由基生成进一步辅助絮凝体的气浮或沉淀分离，适用于餐饮、电镀、石化等行业的高排放标准废水处理。光电催化系统将光催化与电化学氧化耦合，以三聚氰胺为前驱体制备的TiO2纳米管光电极在模拟日光下2-3 h内可实现四环素完全降解与93%的TOC去除，电极易分离回收；连续流光电催化反应器在实际废水中可维持约80%的降解效率，全生命周期评估显示其毒性更低、钢回收延长了服役寿命，规模化潜力优于其他太阳能驱动的高级氧化工艺。电芬顿与电催化臭氧化分别对食品工业废水与含盐废水实现99%与93.7%的COD去除；电渗析等电膜技术在高盐废水处理中应用广泛。零液体排放（ZLD）框架整合电渗析（ED）、电催化氧化（ECO）、反渗透（RO）与双极膜电渗析，ED通过阴阳离子交换膜实现离子分离，ECO通过羟基自由基矿化残留有机污染物，ED过程生成的Na2SO4可回用于ECO阶段，降低运行成本。微生物燃料电池（MFCs）与紫外照射联用可实现高效的病毒与细菌灭活；EC消毒与反渗透耦合用于水质软化可减少膜污染，酸性清洗可恢复OH?生成能力与系统性能。增强厌氧折流板反应器、电解单元与纳米复合膜组成的三重混合系统，240天运行中膜污染降低63%，过滤性能提升8.6%；电氧化与吸附耦合在75 A m?2电流密度、pH=2条件下可实现82.4%的氯酸盐去除，优于单一工艺。3D电过氧化系统耦合电催化臭氧化采用MgMn-颗粒活性炭粒子电极，对高盐有机废水的COD去除率达95.6%；电氧化-膜生物反应器采用Ti/IrO2-RuO2阳极与不锈钢阴极，可实现90%的总有机碳去除与54%的总溶解固体去除，并缓解膜污染；电氧化-电混凝系统采用RuO2-IrO2/Ti与铁电极，对含Ni-EDTA复杂废水的镍去除率达94.01%；电氧化同步电催化制氢系统采用不锈钢阳极与2D Ti3C2Tx MXene嵌入阴极，对纺织废水的COD削减率达83%，降解效率达88%；微生物电芬顿系统采用碳毡与Fe3O4/CNT/PCF复合阴极，可高效灭活大肠杆菌；光电催化系统采用WO3基光阳极、Ag/AgCl电极与铂电极，可灭活MS2噬菌病毒；电混凝-电芬顿系统采用铁电极处理乳制品废水，可实现80%的COD去除与99%的浊度去除。尽管混合技术增强了系统鲁棒性与协同效应，但也增加了操作复杂度与监管难度，需根据具体水质与目标污染物进行针对性设计。
- 6.
电化学工艺新兴反应器设计
实际废水中污染物浓度低且组分复杂，会限制处理效率；氧化剂生成速率快于污染物向电极表面的传质速率时，会引发副反应并降低活性物种利用率；电解质组成影响氧化剂种类，氯离子、碳酸盐与硫酸盐等离子可能诱导间接氧化路径或抑制羟基自由基生成，降低矿化效率。针对上述问题，多种先进反应器策略被开发：移动石墨-聚合物复合阴极与BDD阳极组成的反应器用于水质软化与人工真空厕所废水处理，磁性驱动阴极可实现不溶性沉淀物的原位去除，混合与隔离构型下硬度分别降低72%与90%以上，连续运行120 h表现出长期稳定性，适用于列车等封闭场景的闭环水回用。装载Ru/Ir涂层的散射电反应器（SER）对二级出水溶解性有机物（DOM）的去除效率显著提升，8 min内DOM去除率达84.65%，是钛电极的2倍，pH=6、电流密度12 mA cm?2条件下20 min内DOM去除率达93.23%。生物电化学系统（BESs）利用微生物催化降解硝基芳烃、抗生素与偶氮染料等持久性污染物，生物膜电极反应器（BERs）中微生物直接在电极表面生长，强化生物活性与氧化还原反应动力学，加速离子迁移与污染物降解；微生物电解池（MECs）可同步实现废水净化与制氢，铁-空气电池驱动的MEC在35 g L?1 NaCl电解质下可实现98±0.2%的COD去除，产氢速率达57 L m?3 d?1。BESs主要分为MECs与微生物燃料电池（MFCs），MECs对对溴苯胺的去除率达94.94%，显著优于传统厌氧反应器；三维连续流曝气电催化反应器在优化条件下90 min内可实现二氯乙酰胺91.7%的降解率，以及74.9%的COD与64.1%的TOC去除，Cu改性Co-Fe-LDH电极在5次循环后仍保持81.7%的降解效率。光电催化燃料电池（PFCs）整合光催化与电化学能量回收，双光电极光流体PFC采用Cu2O/Cu photocathode与BiVO4 photoanode，通过增大电解质-光电极接触面积、提升光子利用率与传质效率，直接从废水中产生电能。太阳能光电芬顿（SPEF）可同步灭活市政废水中的土著微生物并去除新兴污染物，响应面法优化的条件下，粪肠球菌与总大肠菌群分别在60 min与75 min内降至检测限以下，30 min内新兴污染物去除率达85%，大肠杆菌完全灭活。电氧化耦合紫外照射可降解模拟废水中的布洛芬与阿莫西林，紫外后续处理可有效削减电氧化过程中产生的有毒中间产物。依赖活性氯的电化学消毒易生成氯酚、胺类、寡聚物、三卤甲烷、ClO3?与ClO4?等有害副产物，微流控电化学反应器通过微米级极间距降低电解质电阻引起的欧姆损耗，流穿构型强化传质、防止气体积聚并促进微混合与微分离，便于有价值产物的回收以实现循环经济，BDD阳极微流控反应器在处理氯化钠与苯酚溶液时可显著削减氯乙酸生成。连续流穿电化学膜反应器采用双碳膜电极，可同步去除二甲基乙酰胺废水的氮与碳；3D打印光电反应器配备大功率LED，可实现65%的 phytotoxicity削减与90%的4-硝基酚去除，不锈钢阴极与Ti-WO3光阳极在5次循环后仍保持稳定性能，未来采用太阳能替代LED可进一步提升成本效益与能源可持续性。
- 7.
电解废水处理的可持续路径
7.1 可再生能源耦合与工艺效率
近年来反应器设计与电极材料的进步，有效解决了成本、能耗与处理效能相关的关键挑战。微流控电化学反应器、穿孔电极反应器、连续流系统及膜基电化学系统等新型构型，共同提升了能源利用率、传质效率与工艺稳定性。制氢与发电电解系统的发展，以及太阳能驱动电解工艺的集成，使电化学处理在经济与环境层面均具备可行性。提升电流密度可通过加速羟基自由基（OH•）生成提高矿化效率，但效果高度依赖目标污染物性质；过高的电流密度会促进析氧等副反应，降低电流效率，浪费活性物种。太阳能光伏（PV）发电具有波动性，受太阳几何位置、环境温度与辐照强度影响，高电流密度在波动供电下会加剧副反应，促进毒性高于母体的中间产物生成，增加下游处理负担。为保障低辐照时段的电力需求，PV组件常需超配；太阳能跟踪器与最大功率点跟踪器（MPPTs）可优化PV出力，MPPTs作为DC-DC转换器，可在特定气象条件下调节电流提取，确保PV组件始终运行在最大功率点（MPP），为负载提供最高可用功率。
7.2 电极可持续性
纳米结构材料在电解废水处理中的应用，通过增加电活性表面积、提升导电性与催化位点密度，改善了异相电子转移动力学，加速了限速电催化反应，使电化学工艺比传统方法更绿色可持续。纳米结构电极的这些特性使其在燃料电池、氧化剂电合成及电分析检测等领域均表现出效能提升。未来电极研发需聚焦长寿命、低成本的纳米材料体系，进一步降低全生命周期环境影响。
