随着我国城市化和工业化水平的不断发展，工业园区已成为助推我国国民经济快速发展的发动机和加速器。但是，其所带来的环境问题也难以忽视，特别是工业园区产生的工业-生活混杂源污水处理正面临着前所未有的巨大挑战。一方面，工业园区混杂源污水由于含难降解污染物多、生物毒性高、可生化性差、碳氮比失衡等特征，其处理难度大、稳定达标难；另一方面，随着国家和地方的环境排放标准日益提高，工业园区污水处理厂的技术升级改造迫在眉睫。然而，目前普遍使用的传统水解酸化工艺在处理这类污水时，存在着速率慢、效能低、可生化性改善有限等问题。前期，课题组发现弱电介入的微生物电解过程可以定向还原多种难降解有机污染物（偶氮化合物、硝基芳香烃、硝基苯等）。本研究在此基础上，深入探讨将微生物电解过程与常规水解酸化过程进行耦合，构建复合水解酸化工艺，以期强化水中难降解有机污染物去除。

     本研究围绕“复合水解酸化工艺”规模化应用中的面临关键问题，如：电极结构构型、电极模块化、工艺组合运行及全生命周期评估等，研制出兼具高效性和经济性的三维褶皱状不锈钢网电极，实现了三维电极器件化、规模化生产；开发出电极内嵌型复合水解酸化工艺，解析了运行效能、微生物群落分布及流态特征等，探讨和评估了电极模块在复合水解酸化工艺中的作用。进而，将复合水解酸化工艺与好氧生物处理工艺等进行组合运行，并建立多目标效应评估模型探究复合水解酸化工艺在全生命周期内的环境和经济效应。

     针对电极三维化与构型优化，基于对电极材料和电极三维结构的分析，结合可实现工业化生产的原则，开发了一种褶皱状三维不锈钢网电极。内嵌褶皱状三维电极的微生物电解反应器处理利用印染工业园混杂源污水运行效能显示：相比于传统的平板电极，褶皱状电极能显著改善系统的水力流态特征，促进污染物向电极表面的横向传质，延长污染物在系统的实际停留时间1.5倍以上，缩短系统的启动时间40%以上，提升模式污染物（橙黄II，AO7）去除速率1.5倍以上。减小阴阳极距离可以有效改善水力流态特征、促进COD和AO7的降解。利用经济成本作为评价标准时发现褶皱角度为40°、阴阳极距离为2mm时为电极最优构型。

     针对三维褶皱电极的工业化生产，通过对三维成型设备、电路系统的研发，制备了1m3为标准化单元的电极模块。构建了电极内嵌型复合水解酸化工艺（HAR）用于处理污水效能显示：相比于常规水解酸化工艺（AR），HAR对AO7和COD的去除率分别高35%和15%以上，在进水AO7负荷为1.2kgAO7/（m3·d）时，HAR的AO7去除速率是AR的7.7倍。水力流态特征分析表明褶皱状电极模块能改善反应器流态，减缓短流、返混、拖尾等现象，减小反应器死体积，延长污染物在反应器中平均停留时间，强化污染物的去除。微生物群落分析表明HAR表现出多功能性，电极载体表面电化学微生物与产甲烷菌共存。对污染物去除路径贡献比例定量分析表明电极模块贡献了HAR对污染物去除能力的90.4%。复合水解酸化工艺与好氧生化工艺等组合系统处理混杂源污水效能显示：HAR主导的组合工艺系统对 COD、氨氮、TN和色度去的除率分别为93.5±1.5%、93.3±3.0%、78.3±4.5%和99.1±0.5%，出水能稳定达到GB18918-2002一级A排放标准。HAR主导的组合工艺系统可以在更短的水解酸化段水力停留时间（缩短50%以上）和更少的外部药剂投加量条件下达到常规水解酸化工艺主导的组合工艺系统出水水质。

      在对复合型水解酸化工艺面向应用的技术优势评估，结合构筑物建设阶段以及运行阶段的能耗、化学药剂消耗以及温室气体排放等因素，建立了基于全生命周期的多目标效应模型。评估模型结果显示：当出水水质达到GB18918-2002一级A、一级B以及GB4287-2012表2直排标准时，复合水解酸化工艺主导的组合工艺系统所产生的环境负担比传统水解酸化工艺主导的组合工艺系统降分别降低34%、50%和43%，经济成本比传统水解酸化组合工艺系统降低39 %、37%和23%。证明向水解酸化池内部植入电极模块能在低环境影响和低经济成本条件下获得更好的出水水质，为传统工艺的提标改造提供了一种低环境影响、高效经济的工艺选择。