清华大学开发出新型电化学系统：能够从工业废水中高效回收金属【附工业废水处理技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

由刘慧娟教授领导的清华大学研究小组开发了一种新的电化学系统，有望彻底改变工业废水中的金属回收。该研究发表在《工程》杂志上。他们的研究中，该团队提出了一种整合瞬态电场(TE)和旋流(SF)的新方法，以同时改善传质和促进界面离子传输。

研究小组探讨了不同操作条件(包括操作模式、瞬态频率和流量)对金属回收率的影响。他们发现，在TE&SF模式下快速高效顺序回收铜的最佳条件是通过0和4V的低电平和高电平、50%占空比、1kHz频率和400L/h流量实现的。TE&SF电沉积的动力学系数分别是单次TE和SF电沉积的3.5−4.3倍和1.37−1.97倍。

这种创新方法克服了传统电沉积方法中界面离子传输的局限性。该团队通过将瞬态电场与湍流耦合，成功地改善了体相和界面离子传输，从而增强了反应动力学。瞬态电场和旋流的协同作用不仅可以实现金属的快速回收，而且可以实现成分均匀、形貌均匀的沉积物。此外，该系统在回收氧化还原电位高于析氢和水还原的金属方面表现出广泛的适用性。这种能力可以实现贵金属和重金属的高价值回收，使其成为处理金属废物的行业的宝贵资产。

刘慧娟教授及其团队进行的研究为从工业废水中高效回收金属提供了新的见解。他们的发现为环境友好和资源高效的金属回收工艺开辟了可能性，有助于减少污染和保护宝贵的资源。

图片来源：摄图网

技术价值观察

从工业废水处理行业产业链上下游来看，工业废水处理上游主要包括工业废水处理设施、工业废水处理设备以及工业废水处理药剂的提供;中游主要是工业废水处理设施的运维，从目前来看，我国工业废水处理项目运营方式主要分为BOT、TOT、DBO以及委托经营等;工业废水处理下游是工业废水处理末端市场，主要是指中水回用、污泥处理以及污水排放等后续环节，产业链长。

清华大学研究教授开发出新型电化学系统，能够从工业废水中高效回收金属。因此，工业废水处理产业链上看，该技术处于产业链的下游末端市场。

宏观市场观察

——行业发展历程：行业处在突飞猛进阶段

建国以来，我国工业废水处理行业经历了四个发展阶段。20世纪60年代，我国工业废水处理行业专业人员季度缺乏，工业废水处理技术落后，经过多年发展，我国工业废水处理行业快速发展，在国家政策的支持下，工业废水处理设施不断完善，工业废水处理行业市场化程度不断提高。

——工业用水量整体情况

2015-2021年，我国工业用水量及占总用水量比例整体呈逐年递减趋势。一方面国家对于工业用水调控政策实施有力，另一方面，我国工业企业的节水意识亦不断增强。2022年6月，水利部发布数据，2021工业用水为1049.6亿立方米，占用水总量的17.7%。总的看来，我国工业用水管理成效显著。

——工业源废水主要污染物排放量

据中国生态环境部发布的《全国生态环境统计公报》，2016-2021年，我国工业源废水主要污染物有COD(化学需氧量)、氨氮、总氮，整体的排放量呈下降趋势，说明我国对于工业废水处理能力有所加强，工业废水处理质量亦有所提升。具体来看，COD一直是工业源废水排放量最大的污染物类别，据生态环境部发布的《2021年中国生态环境统计年报》数据显示，2021年为42.3万吨，化学需氧量表示在强酸性条件下重铬酸钾氧化一升污水中有机物所需的氧量，可大致表示污水中的有机物量。其次为总氮，2021年排放量为10万吨。

——工业废水处理厂处理能力

我国在10多年前就已开始治理工业废水，并不断加大投入，大部分工业企业也都建设了废水处理设施;同时，国家实行排污许可证制度，要求直接或者间接向水体排放废水的企业事业单位，应取得排污许可证。但由于违法成本低，加之监管不到位、执法不严等原因，工业企业偷排、造成严重环境污染的现象仍旧频频发生。废水污染事件引发社会舆论持续关注，并将进一步成为推动政府出台更严格治理政策措施的催化剂。

根据住建部部公布的《城乡建设统计年鉴》中披露的数据显示，2012-2021年，我国城市和县城污水处理厂的处理能力逐年递增，且城市污水处理厂的处理能力较强。据2022年10月，住建部发布的最新数据，2021年，我国城市污水处理厂的处理能力为20767万立方米/日，县城污水处理厂的处理能力为3979万立方米/日，合计24746万立方米/日。

——千亿元工业废水处理产业市场有待挖掘

随着环保政策对于产业端各企业要求逐步趋严，工业废水处理普遍应用于各污水排放企业，市场规模逐步扩大。未来随着各地工业园区建设的推进，以及政策的引导，工业废水处理的渗透率将快速提高，市场规模将进入加快增速的阶段。结合当前工业废水处理行业的发展，前瞻预测，2023-2028年，中国工业废水处理行业年复合增速将达8%，预计2028年，中国工业废水处理行业市场规模将达4519亿元。

中国工业废水处理技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与工业废水处理关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和华东地区，并且以广东、安徽省为重点发展区域，未来布局工业废水处理技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南、华东地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市福田区和宝安区、安徽省安庆市桐城市所处工业废水处理的相关企业，以及该地方对于工业废水处理的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国工业废水（工业污水）处理行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》。

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