探索地球观测数据集在SEEA（环境经济核算体系）碳核算中的应用，并将其与各国向《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）提交的温室气体报告进行比较

《Science of The Total Environment》：Exploring the application of Earth Observation datasets for SEEA carbon accounting and its comparison with national GHG reporting to the UNFCCC

微污染物（如药物、农药等）传统处理不足，需高级氧化过程（AOPs）。本文系统评述2019-2025年AOP进展，重点对比混合与单一系统，整合金属有机框架（MOFs）、混合金属氧化物（MMOs）、生物电化学系统（BES）和微波辅助AOPs首次综合评估。电化学过程（如电芬顿、电硫酸盐）因高效稳定（BDD、Ti/SnO2-RuO2等先进电极支持）和太阳能驱动经济性凸显，混合系统去除率超90%，但需解决副产物毒性及规模化成本问题。

　　

Mukul Bajpai | Iddrisu Seidu | Erhan Gengec

土耳其科贾埃利大学环境工程系

摘要

微污染物（MPs），如药物、农药、内分泌干扰物、染料和工业化学品，在常规废水处理过程中难以被完全去除，因此需要采用高级氧化工艺（AOPs）来生成高价自由基（如OH^•、SO₄^2-、Cl^•等）。本文综述了2019至2025年间AOPs的发展情况，重点关注其作用机制、电极/催化剂创新、混合AOPs的协同效应、出水毒性以及经济可行性。本文的创新之处在于首次将独立AOPs与混合AOPs进行了系统比较，并纳入了金属有机框架（MOFs）、混合金属氧化物（MMOs）、生物电化学系统（BES）和微波辅助AOPs等新兴技术进行综合评估。电化学工艺（如电芬顿法、电过硫酸盐法和电氧化法）表现出优异的矿化效率和稳定性，这得益于硼掺杂金刚石（BDD）、Ti/SnO₂-RuO₂和CO₂改性生物炭等先进电极的支撑。光化学、声化学和混合工艺实现了超过90%的微污染物去除率，其中混合系统由于多途径自由基生成而始终优于独立方法。通过EC₅₀/LC₅₀框架进行的毒性分析证实了显著的解毒效果，但基于臭氧的AOPs需要严格控制副产物。经济性比较显示，太阳能驱动和模块化AOPs在低收入和中等收入地区具有可行性。目前，在规模放大、成本控制、副产物处理和催化剂长期稳定性方面仍存在研究空白，这些领域为未来AOPs的广泛应用提供了方向。

引言

水是所有生命形式不可或缺的资源，与农业、工业和家庭活动等人类活动密切相关。然而，来自各种来源的微污染物（MPs）或新兴关注污染物（CECs）会进入饮用水源、河流和地下水等重要水体（Aguilar-Aguilar等，2023；Kumar等，2022）。即使这些化合物的浓度在ng/L至μg/L范围内，也会严重威胁水质和生态系统稳定性（Pastorino和Ginebreda，2021）。这些污染物包括家用产品、药物、工业化学品、多环芳烃（PAHs）、内分泌干扰物（EDCs）、农药、阻燃剂、表面活性剂和痕量金属，对人类健康和水生生态系统构成重大风险，尽管其总体影响尚未完全了解（Ismanto等，2022；Kalita等，2024）。

目前，大多数微污染物的排放法规和出水标准仍然有限。为应对这一挑战，欧盟2000/06/CE水框架指令列出了45种优先处理化合物，包括农药、重金属、PAHs和内分泌干扰物，并要求在排放前将其从废水中去除（Belete等，2023）。此外，欧盟2015/495/EU决定还建立了微污染物的监测清单，涵盖了广泛的合成和天然化学品（Barbosa等，2016）。除了欧盟水框架指令和监测清单外，其他国际监管机构也认识到了微污染物的危害。例如，美国环境保护署（US EPA）根据《安全饮用水法》制定了针对药物、全氟和多氟烷基物质（PFAS）及内分泌干扰物的健康建议阈值和监测标准。世界卫生组织（WHO）制定了全球饮用水质量标准，包括农药残留物、药物和消毒副产物的检测方法（Levin等，2024）。在拉丁美洲，墨西哥和巴西等国家制定了针对地表水和饮用水中新兴污染物的国家标准，这些标准通常与WHO或区域框架协调一致（Morin-Crini等，2022）。这些全球努力凸显了人们对先进处理技术需求的共识，进一步强调了AOPs在解决微污染物污染问题中的重要性。

研究表明，常规废水处理工艺只能部分去除微污染物，导致它们通过出水排放和污泥处置重新释放到环境中（Kurt等，2022；Nasir等，2024）。如果废水处理厂未能有效去除这些化合物，可能会对接收水体的野生动物造成负面影响，虽然不会直接造成伤害，但长期暴露仍存在风险（Ahmed等，2017）。这些限制凸显了开发能够非选择性降解化学耐性强的微污染物并将其转化为危害较小的产物的处理技术的迫切需求，从而推动了高级氧化工艺作为补充或三级处理方法的研发和应用。

章节摘录

动机与其他相关文章的差异

本文全面总结了2019至2025年间用于废水处理中微污染物去除的高级氧化工艺（AOPs）的最新进展，涵盖了相关文献。重点介绍了混合金属氧化物（MMO）电极在阳极氧化中的应用、金属有机框架（MOFs）、生物电化学系统（BES）以及AOP处理后的实际出水毒性评估。同时，还探讨了经济可行性方面的问题。

水中微污染物的存在和命运

城市化进程的加快和生活方式的改变导致环境中各类微污染物数量迅速增加（Eregowda和Mohapatra，2020）。尽管污水处理厂（STPs）经过多级处理，但由于某些微污染物具有高水溶性、抗生物降解性以及强电子吸引功能基团（如卤素、磺酰胺和芳香环），它们仍难以被完全去除。

AOPs的基础原理与发展

AOPs的基本原理及涉及的氢提取途径（方程式（S1）详见补充文件。表1列出了部分关键氧化剂的氧化还原电位（ORP）。

AOPs与其他处理方法的结合

大多数AOPs研究集中在痕量微污染物上，但实际 pharmaceutical 和医院废水中的污染物浓度较高（g/L COD），单独使用AOPs难以达到处理要求。因此，AOPs越来越多地与物理或生物处理方法结合使用，以实现更高效、经济且可扩展的工业废水处理方案。

AOPs处理后废水出水的毒性

添加的化学物质、微污染物的物理化学性质、反应时间不足以及有机和无机物质的共存可能影响AOP处理后出水的毒性（Ma等，2016）。污染物并未完全降解，产生的副产物可能比原始污染物更具毒性。副产物的形成和转化受反应时间和反应方式的影响。

经济评估

AOPs的成本评估对其大规模应用至关重要。基于羟基自由基的AOPs（如经典的芬顿法）通常比基于硫酸根自由基的系统更具经济性，因为所需的氧化剂价格较低。然而，芬顿法的成本受过氧化氢消耗和污泥处理的影响，而铁污泥可能属于危险废物（Domingues等，2022）。基于紫外线的系统能耗较高且需要更换灯管，但太阳能紫外线技术可降低成本。

总结与结论

本文全面总结了2019至2025年间用于废水处理中微污染物降解的AOPs进展，对独立系统和混合系统进行了对比。独立方法（如芬顿法、UV/H₂O₂和电芬顿法）依赖单一自由基生成途径，虽然有效，但受pH值、污泥生成和能耗的限制。补充文件中的表S6提供了对比框架。

挑战与未来发展方向

尽管取得了显著进展，但仍存在若干限制AOPs大规模应用的挑战。高能耗工艺和昂贵的氧化剂（如H₂O₂、过硫酸盐、臭氧）影响经济可行性，严格的pH值要求（如芬顿法）、污泥生成和电极污染也是技术瓶颈。混合系统虽然高效，但反应器配置复杂且维护成本较高。光催化过程受太阳能利用率和量子效率的限制。

作者观点

通过综合分析近期文献，可以看出AOPs的未来发展方向在于混合化、分散化和成本降低。混合AOPs通过结合多种自由基生成途径，实现了更高的降解效率（超过90%）和较低的出水毒性，但复杂性和成本仍是推广的障碍。相比之下，独立系统简单且成本低，但在某些方面存在不足。

CRediT作者贡献声明

Mukul Bajpai：撰写——综述与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、研究实施、概念构建。 Iddrisu Seidu：撰写——综述与编辑、数据可视化、资源整理。 Erhan Gengec：撰写——综述与编辑、监督工作、资源协调、方法论设计、研究实施。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢匿名审稿人和编辑提出的宝贵意见，这些意见有助于提升论文质量。