项目属于应用物理与材料学科交叉应用于环境污染废水治理工程领域。2017年全国废水排放总量800亿吨，其中工业废水排放280亿吨，占总量的35%。工业废水量及种类与日俱增，处理难度大，对生态环境造成巨大压力。目前，最普遍的废水处理工艺主要为预处理-生化处理-膜处理三部分。要保障生化处理的长效运行，在预处理时需采用絮凝法等加药沉淀技术和铁-碳电解法降低废水的色度、盐分和悬浮物，减轻生化工段压力并提高废水B/C比。众所周知，絮凝沉淀技术需不断的加入硫酸铝、硫酸亚铁、明矾等药剂；电解需加入铁-碳填料，药剂和填料不仅大大增加了处理成本，还会大幅增加水中固含量，产生大量污泥，而污泥处理成本较高，且易形成二次污染。另外，生化处理周期长、占地面积大、有机污泥量大，处理的性价比较低。针对现有工业废水处理技术的瓶颈，项目提出了一种基于光电催化氧化耦合技术的集成系统和关键技术，攻克了技术工程化的难题、提高了处理效率，并与传统膜处理技术具有良好的兼容性，实现废水的循环利用，大幅节省了水资源。主要技术发明如下：1.设计研制了电容结构复合电极，将纳米复合光电催化材料与金属电极结合，通过可见光与电场耦合，同时去除有机物分子和无机盐离子。突破传统水处理系统功能局限性，实现了工业废水复杂系统的普适化，解决废水分类导致的处理系统占地面积大、工程周期长、实施要求高等难题，为工业废水集约化治理提供了理论和技术支撑。2.研究了低压驱动光电耦合催化作用机制下，氧化-还原功能的基团、电荷密度、离子含量与污染源去除率之间的函数关系，实现了高浓氧化基团的可控性和工程化应用。通过工艺调控，在不加药剂条件下实现不同溶解特性有机物的可持续降解或自絮凝分离，达到了高效、快速去除污染物的目的。解决现有高浓废水生化难、过滤膜易堵等处理难题，为高有机废水去胶、去粘、去粒等工艺创新提供了理论和技术基础。3.发现并建立电极界面微气泡能量和电荷转移的理论模型，微纳气泡形成自流动水体系统，实现了装置电极表面的自去污化及差异化粒径固体颗粒的有效分离。建立了工业废水在线处理的高速响应机制，解决了高通量废水净化技术中滞留、排放、回用的难题，促使工业废水降标排放理念向净化循环再利用转变，实现了废水的零排放。本技术实现了多种工业废水的普适性净化功能和循环利用，形成专利12项（其中已授权发明专利5项和实用新型专利3项），发表论文67篇（SCI收录62篇，核心期刊5篇），SCI他引3280次。本技术分别应用在上海日化、西安矿井、苏州电镀等重点工业废水净化工程中，取得了良好的经济效果和用户评价，近三年新增产值6215.88万元。作为共性技术，本技术可解决大部分工业废水的净化处理和零排放难题，也为海水淡化综合利用等提供了纯化技术支撑。目前，成果正推进应用于钢铁行业和石油行业，包括上海宝钢、太原钢铁集团、中石油大庆油田等的废水处理循环利用的工程。