兰州交大研发液滴发电机，污水发电回收资源

在全球淡水资源日益紧缺与能源需求不断攀升的双重压力下，如何同步实现资源回收与环境足迹缩减，已成为环保领域的核心议题。市政污水处理厂的二级出水中蕴含大量低频、低能量的机械能与静电能，但在排放过程中往往被白白浪费。针对这一痛点，中国兰州交通大学环境市政工程学院席北斗博士团队，联合中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室，成功研发了一种新型基于液滴的发电机（DEG）系统。该系统能够将处理后的市政污水转化为可用的电能，相关研究成果已于2025年5月10日在线发表，并于2026年3月1日正式刊登于《环境科学杂志》第161卷。

基于接触起电原理的能源捕获技术

研究团队利用 commercially available（市售）的疏水薄膜，包括全氟乙丙烯共聚物（FEP）、聚四氟乙烯和聚丙烯，制造了多个DEG器件。当污水液滴落下时，通过摩擦起电和静电感应效应产生电能。测试数据显示，基于FEP材料的DEG器件性能Zui优。在二级污水出水中运行时，单个DEG器件的Zui大输出电压达22.47伏，电流为2.11微安，峰值功率输出为15.18微瓦。值得注意的是，仅凭单个液滴的冲击能量，就足以点亮15个发光二极管（LED）。

为了提升实用性，研究人员将技术扩展为由多个器件并联组成的DEG系统。经过整流后，该系统产生了更强的电能输出，并能高效为电容器充电。一个由六个器件组成的DEG系统成功在无外部电源的情况下持续点亮LED，证明了其实际能源捕获能力。研究还发现，污水水质直接影响发电性能：较低的溶解固体和离子浓度提高了液滴与疏水膜表面之间的电子传输效率，从而增加了电输出。然而，当二级出水达到中国一级A类污水排放标准后，不同的污水处理方法对发电机性能的影响微乎其微。

自供电驱动污染物去除与降解

除了能源回收，DEG系统还被直接应用于污水处理环节。研究人员将收集的电能连接至浸入市政污水中的不锈钢电极，实现了无需外部电源的电化学污染物去除。该DEG驱动的治理系统对氨氮的去除效率约为12%，对化学需氧量（COD）的去除效率超过40%。研究观察到，电解过程中产生的微小气泡促进了电浮选作用，使污染物更有效地附着在气泡上并与水分离。有趣的是，DEG系统产生的交流电似乎减少了电极钝化，提高了处理效率。连续的反向极性有助于防止电极表面矿物堆积，从而维持污水处理过程中的电化学活性。

此外，研究团队还探索了该系统在染料降解方面的能力。以甲基橙（MO）这一常见模型污染物为例，在无外部电源的情况下，六器件DEG系统驱动电催化降解MO溶液长达54小时。降解过程中，与MO相关的特征紫外-可见吸收峰逐渐减弱，表明染料的芳香环和偶氮键结构被破坏。该系统实现了91.31%的COD去除率和96.08%的脱色率，展示了完全由回收污水能量驱动的强大电催化性能。

推动污水处理厂向资源平台转型

总体而言，这些发现凸显了摩擦纳米发电机（TENG）技术在可持续环境工程应用中的广阔潜力。通过直接从处理后的污水流中回收能量，污水处理厂有望抵消部分运营能源需求，同时支持污染物去除过程。因此，DEG系统可能通过将污水从耗能负担转变为部分自供电的资源回收平台，为市政污水处理厂的碳减排工作做出贡献。

席北斗博士总结道：“我们的研究展示了TENG技术在二级出水中能量捕获的应用，并引入了一种污水资源回收、碳减排和可持续管理的新方法。”这一创新不仅为环保行业提供了新的技术路径，也为中国乃至全球污水处理厂实现“零能耗”或“产能型”工厂的目标提供了有力的科学依据和技术支撑。