《Desalination and Water Treatment》：Hydrodynamic, electrochemical, and techno-economic evaluation of perforated electrodes in a continuous-flow electrocoagulation reactor for industrial laundry wastewater
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工业洗衣废水含有表面活性剂、悬浮物、磷酸盐、油脂及其他难生物降解有机物，传统工艺处理难度较大。在连续流电絮凝（EC）系统中，反应器流体力学特性、电极间距及电化学操作条件显著影响处理效能。然而，穿孔电极几何形状对流动再分布、污泥堆积、钝化控制及运行成本的影响尚不
工业洗衣废水含有表面活性剂、悬浮物、磷酸盐、油脂及其他难生物降解有机物，传统工艺处理难度较大。在连续流电絮凝（EC）系统中，反应器流体力学特性、电极间距及电化学操作条件显著影响处理效能。然而，穿孔电极几何形状对流动再分布、污泥堆积、钝化控制及运行成本的影响尚不明确。本研究采用开孔率分别为14.4%、24.8%和34.6%的穿孔铝电极替代传统平板铝电极，在流量Q=1.0 L·min-1、极板间距d=10 mm、电流密度j=20 mA·cm-2的筛选条件下，开孔率为25%的PE-25构型综合性能最优。与传统平板电极相比，其平均停留时间由5.90 min提升至6.78 min，死区占比由18.1%降至5.6%，化学需氧量（COD）去除率由77.8%提升至84.1%，总比能耗（SEC）由1.48 kWh·m-3降至1.23 kWh·m-3。6 h稳定性测试表明，该构型电压上升更缓慢，清洗周期更长。结合停留时间分布（RTD）、计算流体动力学（CFD）、处理效能及成本分析证实，适度穿孔是紧凑型连续流电絮凝系统处理工业洗衣废水的有效机电强化策略。
该研究针对工业洗衣废水成分复杂、含大量表面活性剂与难降解有机物、传统工艺处理效率低的问题，由越南工业大学的研究人员开展。研究人员在保持矩形连续流电絮凝反应器本体不变的前提下，仅改造铝电极几何结构，设置开孔率分别为0%（平板，FE）、14.4%（PE-15）、24.8%（PE-25）和34.6%（PE-35）的四组电极构型，通过流体力学表征、污染物去除实验、6小时稳定性测试及技术经济分析，证实适度穿孔可同时优化水力分布、提升处理效能、降低能耗与运行成本。研究成果发表于《Desalination and Water Treatment》，为紧凑型电絮凝系统的电极设计提供了实证依据。
研究人员采用的关键技术方法包括：以实际工业洗衣废水为研究对象，水质特征为pH 7.2–8.1、COD 850–1250 mg·L-1、浊度180–260 NTU、表面活性剂（MBAS）15–35 mg·L-1；采用脉冲示踪法测定停留时间分布（RTD），结合计算流体动力学（CFD）模拟流速场与死区占比；在单因素筛选基础上开展三因素三水平优化实验，考察流量（0.5–1.5 L·min-1）、极板间距（10–20 mm）及电流密度（10–30 mA·cm-2）的交互影响；通过6小时连续运行监测电压上升曲线与COD去除稳定性；基于法拉第定律计算铝消耗量，结合电价、铝材价格、污泥处置成本构建技术经济评估模型。
研究结果部分，研究人员首先完成穿孔率筛选。在基准工况下，穿孔电极均优于平板电极：PE-25的平均停留时间延长至6.78 min，死区占比降至5.6%，COD、浊度、MBAS及磷酸盐去除率分别达84.1%、94.7%、79.8%和82.2%，总比能耗降至1.23 kWh·m-3，运行成本为0.238 USD·m-3；过度穿孔的PE-35因局部电水动力强度减弱，性能略有下降。RTD曲线显示，穿孔使响应峰更窄且靠近理论停留时间，CFD模拟进一步证实PE-25显著减少电极下游低速区，改善流动均匀性。
其次，研究人员对PE-25与PE-35开展多工况优化。结果表明，降低流量、减小极板间距、提高电流密度均可提升去除率，但30 mA·cm-2下的能耗增幅远大于去除率增益。综合考虑处理效能、能耗与通量，优选工况为Q=1.0 L·min-1、d=10 mm、j=20 mA·cm-2，此时PE-25可实现84.1% COD去除率与1.23 kWh·m-3比能耗的平衡。响应面分析显示，该工况下COD去除率随流量降低与电流密度升高呈正相关，但高电流密度下的边际效益递减。
第三，表观动力学分析表明，PE-25的表观一级反应速率常数达0.271 min-1，高于平板电极的0.255 min-1，证实适度穿孔强化了污染物与原位生成絮体的接触效率。PE-35的速率常数略降，再次验证过度穿孔的不利影响。
第四，稳定性测试显示，平板电极6小时内电压上升0.71 V，而PE-25无极性反转时仅上升0.39 V，配合每5分钟极性反转可将电压稳定在6.01 V，COD去除率无明显衰减。技术经济评估进一步证实，PE-25的清洗周期延长至5小时，铝消耗量为0.079 kg·m-3，运行成本较平板电极降低12.5%，能量绩效指数（EPI）达68.4%·m3·kWh-1，为四组构型最高。
讨论部分指出，穿孔电极通过增加板间流动路径，减少狭窄区域的污泥沉积，与极性反转形成互补的抗钝化机制。过度穿孔虽进一步降低流动阻力，但会削弱近电极区域的电水动力强度与机械刚度，反而限制性能提升。研究强调，连续流电絮凝设计不应仅追求最大去除率，而需平衡水力分布、电化学效能与经济性，约25%的开孔率是当前反应器平台的最优解。
结论部分总结，在保持反应器本体不变的前提下，采用开孔率24.8%的PE-25电极可显著提升连续流电絮凝系统的综合性能：平均停留时间延长15%、死区占比降低69%、COD去除率提升8.1%、比能耗降低17%。该技术无需改动反应器结构即可实现机电强化，适用于现有紧凑型系统的升级改造，未来需进一步开展中试验证与长期运行稳定性评估。
