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電化學(xué)水處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系:現(xiàn)狀與建議
來(lái)源: 瑞澤能源
發(fā)布時(shí)間: 2026-05-12
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電化學(xué)水處理技術(shù)憑借其高效、可控、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì),正成為工業(yè)廢水治理和資源化利用的重要技術(shù)路徑。隨著我國(guó)節(jié)能降碳戰(zhàn)略的深入實(shí)施,建立統(tǒng)一、系統(tǒng)、可操作的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系,對(duì)推動(dòng)該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化工程應(yīng)用具有關(guān)鍵意義。2025年3月,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)廢水電化學(xué)處理技術(shù)規(guī)范 第1部分:總則》(GB/T 45386.1-2025)正式發(fā)布,并于同年10月實(shí)施,標(biāo)志著我國(guó)電化學(xué)水處理標(biāo)準(zhǔn)化工作邁出重要一步。本文基于該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)架構(gòu),結(jié)合近年行業(yè)實(shí)踐案例,系統(tǒng)梳理電化學(xué)水處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與評(píng)價(jià)體系構(gòu)成,剖析當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn),并從節(jié)能型企業(yè)的視角提出推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的若干建議。
一、引言
我國(guó)水資源短缺與工業(yè)廢水排放之間的矛盾日益突出,傳統(tǒng)水處理方法如化學(xué)沉淀、生物處理等普遍存在能耗高、藥劑用量大、二次污染風(fēng)險(xiǎn)等突出問(wèn)題。在此背景下,電化學(xué)水處理技術(shù)因其反應(yīng)條件溫和、污泥產(chǎn)量低、無(wú)需大量外加藥劑等優(yōu)勢(shì),受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。
電化學(xué)水處理的技術(shù)路徑主要包括電化學(xué)氧化、電絮凝、電還原、電容去離子等方向,在化工、印染、制藥、冶金等多個(gè)行業(yè)已有不同程度的應(yīng)用驗(yàn)證。然而,長(zhǎng)期以來(lái)該領(lǐng)域面臨一個(gè)共性問(wèn)題:技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺位、評(píng)價(jià)體系不一。不同項(xiàng)目之間缺乏可比性,工程設(shè)計(jì)和驗(yàn)收缺乏統(tǒng)一依據(jù),直接制約了技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推廣。對(duì)于節(jié)能型企業(yè)而言,這既是挑戰(zhàn),也是機(jī)遇。建立科學(xué)、統(tǒng)一、實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系,有助于遴選高效低耗技術(shù)方案,助力行業(yè)“降藥、減泥、降能耗”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
二、標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀:從無(wú)到有的重要突破
1) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系的初步建立
2025年3月28日,國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式發(fā)布了GB/T 45386.1-2025《工業(yè)廢水電化學(xué)處理技術(shù)規(guī)范 第1部分:總則》,這是我國(guó)電化學(xué)水處理領(lǐng)域的首項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(TC63)歸口,水處理劑分會(huì)(TC63SC5)執(zhí)行,南京理工大學(xué)、清華大學(xué)、中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院等二十余家高校、企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)參與起草,充分體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的特點(diǎn)。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電化學(xué)技術(shù)處理工業(yè)廢水的選用原則、運(yùn)行要求、安全要求、職業(yè)衛(wèi)生與環(huán)境保護(hù)要求,其適用范圍涵蓋工業(yè)廢水處理,也適用于市政污水和垃圾滲濾液等的處理。標(biāo)準(zhǔn)于2025年10月1日正式實(shí)施,為電化學(xué)水處理工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、運(yùn)行維護(hù)和安全環(huán)保管理提供了首個(gè)國(guó)家層面的技術(shù)依據(jù)。
2) 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的體系架構(gòu)與不足
GB/T 45386.1-2025作為總則性標(biāo)準(zhǔn),確立了基本框架,但電化學(xué)水處理涉及技術(shù)路線(xiàn)多樣、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,單一標(biāo)準(zhǔn)難以覆蓋全部細(xì)節(jié)。目前尚無(wú)專(zhuān)門(mén)針對(duì)電絮凝、電還原、電容去離子等細(xì)分技術(shù)的分項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。水處理系統(tǒng)運(yùn)行壽命評(píng)估、電極材料性能表征、副產(chǎn)物控制等方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作仍處于起步階段。
從國(guó)際視角看,發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在電化學(xué)水處理領(lǐng)域同樣缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),更多依賴(lài)行業(yè)指南和檢測(cè)規(guī)范。與國(guó)際同類(lèi)技術(shù)規(guī)范相比,我國(guó)新發(fā)布的國(guó)標(biāo)在體系完整度和工程適用性方面并不落后,但在電極材料測(cè)試方法、系統(tǒng)能效基準(zhǔn)等具體環(huán)節(jié)仍有細(xì)化空間。
3) 標(biāo)準(zhǔn)制定背后的政策驅(qū)動(dòng)
GB/T 45386.1-2025的制定具有明確的政策背景。標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)符合“十四五”規(guī)劃中“強(qiáng)化工業(yè)節(jié)水減排”“鼓勵(lì)再生水利用”等要求,也與國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》中“積極推動(dòng)工業(yè)廢水資源化利用”的政策導(dǎo)向高度契合。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)推廣之間的聯(lián)動(dòng)機(jī)制正在逐步形成——標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施為技術(shù)裝備進(jìn)入節(jié)能降碳技術(shù)推薦目錄奠定了必要基礎(chǔ)。
三、評(píng)價(jià)體系:多維度的技術(shù)衡量框架
一個(gè)完善的技術(shù)評(píng)價(jià)體系,應(yīng)當(dāng)能夠從多個(gè)維度客觀反映電化學(xué)水處理的性能水平和經(jīng)濟(jì)可行性。結(jié)合GB/T 45386.1-2025的技術(shù)要求和行業(yè)實(shí)踐,電化學(xué)水處理的評(píng)價(jià)體系可從以下四個(gè)方面展開(kāi)。
1) 技術(shù)性能指標(biāo)
(1)處理效果類(lèi)指標(biāo)
這是評(píng)價(jià)體系中最基礎(chǔ)和直觀的部分,主要包括化學(xué)需氧量(COD)去除率、總有機(jī)碳(TOC)去除率、特征污染物去除率(如苯系物、酚類(lèi)、抗生素、重金屬等)、總氮和氨氮去除率、色度和濁度、懸浮物等。上述指標(biāo)的檢測(cè)已有相對(duì)成熟的實(shí)驗(yàn)方法,但在工程現(xiàn)場(chǎng)條件下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可比的數(shù)據(jù)采集仍存在挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在水質(zhì)波動(dòng)性、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)精度不足以及不同方法之間的結(jié)果偏差。
(2)能耗類(lèi)指標(biāo)
能耗是電化學(xué)水處理技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的核心考量因素,也是節(jié)能型企業(yè)最為關(guān)注的指標(biāo)。目前行業(yè)內(nèi)常用的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)包括:瞬時(shí)槽壓、電流效率、單位COD能耗(kWh/kg·COD)、單位TOC能耗、比能量消耗等。學(xué)術(shù)研究中更有研究者提出凈能量回收(kWh/kg·COD)等標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo),以利于不同技術(shù)方案之間的公平比較。在實(shí)際工程中,電流效率往往受到水質(zhì)變化、電極老化等多重因素影響,單一指標(biāo)難以全面表征系統(tǒng)真實(shí)能耗水平,需結(jié)合運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、電極維護(hù)頻率等綜合判斷。
(3)穩(wěn)定性與壽命指標(biāo)
包括電極材料腐蝕速率、活性組分保持度、連續(xù)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等。一批新型電極材料,如三維多孔電化學(xué)活性膜電極、氣體擴(kuò)散電極等,已在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行突破5000小時(shí)的優(yōu)異表現(xiàn)。然而從實(shí)驗(yàn)室到工程現(xiàn)場(chǎng),電極在復(fù)雜水質(zhì)條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍是規(guī)?;瘧?yīng)用的主要瓶頸。穩(wěn)定性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)方法亟需建立。
2) 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)
經(jīng)濟(jì)性是決定技術(shù)能否被市場(chǎng)接受的最終因素。經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)包括:
建設(shè)投資:設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、安裝工程費(fèi)、土建費(fèi)等。
運(yùn)行成本:每噸水處理成本、每千克COD去除成本、電耗成本和藥劑成本等。
維護(hù)成本:電極更換周期、膜組件清洗頻率與成本等。
3) 安全與環(huán)境影響指標(biāo)
電化學(xué)處理過(guò)程的副產(chǎn)物問(wèn)題不容忽視。研究表明,在含氯廢水的電化學(xué)處理中,可能生成氯酸鹽、高氯酸鹽、三鹵甲烷、鹵乙酸、溴酸鹽、亞硝胺、醛酮類(lèi)等多種副產(chǎn)物。上述副產(chǎn)物毒性各異,有些具有“三致”效應(yīng),其控制與監(jiān)測(cè)應(yīng)作為評(píng)價(jià)體系的關(guān)鍵組成部分。此外,處理出水的生物毒性(如發(fā)光細(xì)菌急性毒性、斑馬魚(yú)胚胎毒性等)也是衡量環(huán)境安全性的重要參考指標(biāo)。
在環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面,碳足跡是日益受關(guān)注的維度。上述電子介導(dǎo)還原氧化項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示,噸水碳排放減少了30.4%,年碳減排量達(dá)2.53萬(wàn)噸,充分體現(xiàn)了電化學(xué)水處理“降污”與“降碳”協(xié)同增效的潛力。
4) 綜合效益指標(biāo)
綜合效益指標(biāo)旨在衡量技術(shù)在特定場(chǎng)景下的綜合價(jià)值,包括:
資源化效益:廢水再生回用率、有價(jià)值物質(zhì)回收率等。上述項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了污水再生回用率穩(wěn)定在70%。
減藥效益:相較傳統(tǒng)化學(xué)處理工藝減少的藥劑消耗量,對(duì)降低二次污染風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行成本均有直接意義。
減泥效益:電化學(xué)技術(shù)因不外加絮凝劑或僅利用電極原位產(chǎn)絮凝劑,污泥產(chǎn)量通常遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)化學(xué)處理工藝。
四、行業(yè)挑戰(zhàn):當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系的主要困境
1) 標(biāo)準(zhǔn)體系碎片化與技術(shù)多樣性之間的矛盾
電化學(xué)水處理涵蓋電化學(xué)氧化、電絮凝、電還原、電滲析、電容去離子等多種技術(shù)路徑,各技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理、電極材料、運(yùn)行參數(shù)各有不同,同一標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)在不同技術(shù)路徑中的適用性和評(píng)價(jià)基準(zhǔn)存在差異。例如,電絮凝的能耗主要體現(xiàn)在電流密度與電極消耗上,而電化學(xué)氧化的能耗則集中體現(xiàn)在單位污染物去除的電量消耗上。缺乏針對(duì)不同技術(shù)路徑的平行標(biāo)準(zhǔn),使得行業(yè)內(nèi)的橫向比較存在較大困難。
2) 評(píng)價(jià)方法的實(shí)驗(yàn)室化傾向
當(dāng)前多數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室研究場(chǎng)景,使用的條件較為理想化(恒定水質(zhì)、恒定流速、恒溫等)。一旦轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用——水質(zhì)波動(dòng)、電極老化、膜污染等現(xiàn)實(shí)因素疊加——實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)往往失去可比性和指導(dǎo)意義。文獻(xiàn)研究表明,電化學(xué)技術(shù)雖已具備6至7級(jí)的技術(shù)就緒度,但在處理真實(shí)條件下的新興污染物方面仍處于探索階段,實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新與工程應(yīng)用之間存在明顯的轉(zhuǎn)化壁壘。
3) 能耗評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)缺失
能耗是電化學(xué)水處理的經(jīng)濟(jì)命脈,但“高能耗”與“低能耗”的判定缺少統(tǒng)一的基準(zhǔn)。例如,處理低濃度有機(jī)廢水的單位COD能耗通常高于高濃度廢水,但這是否意味著前者“能耗更高”?同樣,不同處理目標(biāo)(達(dá)標(biāo)排放vs.深度回用)的能耗基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)有所區(qū)別。當(dāng)前評(píng)價(jià)中常用的kWh/kg·COD值,因廢水組分的差異,僅具有參考意義,缺乏分行業(yè)、分濃度的能耗基準(zhǔn)體系。有綜述研究也指出,缺乏電極材料的活性、選擇性和穩(wěn)定性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化方法,是妨礙技術(shù)放大的主要障礙之一。
4 )生命周期評(píng)價(jià)的整體缺位
部分技術(shù)在某一環(huán)節(jié)表現(xiàn)出優(yōu)越性能,但在全生命周期內(nèi)可能因電極材料生產(chǎn)過(guò)程的高能耗、高碳排放而抵消其運(yùn)行階段的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。目前行業(yè)內(nèi)缺乏針對(duì)電化學(xué)水處理系統(tǒng)的全生命周期評(píng)價(jià)方法,不利于從更高維度評(píng)判技術(shù)的可持續(xù)性。
5) 工程放大中的非線(xiàn)性效應(yīng)
實(shí)驗(yàn)室研究成果在工程放大過(guò)程中往往出現(xiàn)性能衰減的非線(xiàn)性效應(yīng)。以電流效率為例,小試階段的電流效率可達(dá)80%以上,但放大到中試或工程規(guī)模后,因電阻分布不均、氣泡效應(yīng)增強(qiáng)、傳質(zhì)受限等因素,實(shí)際電流效率可能大幅下降。電極穩(wěn)定性和處理效率之間的權(quán)衡關(guān)系、放大過(guò)程中的傳質(zhì)限制等,均是阻礙電化學(xué)水處理規(guī)?;瘧?yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。評(píng)價(jià)體系應(yīng)當(dāng)納入放大系數(shù)這一參數(shù),以反映技術(shù)在不同規(guī)模下的性能偏差。
五、發(fā)展建議:邁向標(biāo)準(zhǔn)化的務(wù)實(shí)路徑
基于節(jié)能型企業(yè)的視角,推動(dòng)電化學(xué)水處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系的完善,可從以下幾個(gè)方面著力。
1) 加快分級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的制定
在GB/T 45386.1-2025總則標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,建議加快推進(jìn)面向不同技術(shù)路徑和應(yīng)用場(chǎng)景的分項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)??蓮娜齻€(gè)維度進(jìn)行分級(jí)分類(lèi):一是按技術(shù)類(lèi)型(電化學(xué)氧化、電絮凝、電還原、電容去離子等)制定分標(biāo)準(zhǔn);二是按應(yīng)用場(chǎng)景(高濃度有機(jī)廢水、含鹽廢水、含重金屬?gòu)U水等)細(xì)化要求;三是按處理目標(biāo)(達(dá)標(biāo)排放、再生回用、零排放等)界定不同的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)。
2) 強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證與標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)
打破評(píng)價(jià)指標(biāo)“從實(shí)驗(yàn)室來(lái)、到實(shí)驗(yàn)室去”的局面,推動(dòng)建立面向工程現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)與驗(yàn)證方法。具體包括:開(kāi)發(fā)適用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器和儀器設(shè)備,提高現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性;建立電化學(xué)水處理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水質(zhì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法,反映系統(tǒng)抵抗進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的魯棒性。
3) 構(gòu)建動(dòng)態(tài)能耗評(píng)價(jià)基準(zhǔn)
建議行業(yè)協(xié)會(huì)牽頭,收集匯總不同行業(yè)、不同濃度、不同規(guī)模的電化學(xué)水處理工程能耗數(shù)據(jù),建立分行業(yè)、分濃度、分處理目標(biāo)的能耗基準(zhǔn)線(xiàn)。該基準(zhǔn)線(xiàn)的建立將有助于工程項(xiàng)目的前期決策和節(jié)能型企業(yè)的技術(shù)方案優(yōu)化。同時(shí),能耗評(píng)價(jià)應(yīng)引入可再生能源協(xié)同系數(shù),鼓勵(lì)電化學(xué)水處理系統(tǒng)與光伏、風(fēng)電等綠電資源耦合,真正實(shí)現(xiàn)“節(jié)能”與“降碳”的統(tǒng)一。
4) 推進(jìn)全生命周期評(píng)價(jià)
在標(biāo)準(zhǔn)制定中引入全生命周期評(píng)價(jià)理念,將電極材料制備、設(shè)備制造、運(yùn)行維護(hù)、報(bào)廢回收等全過(guò)程的碳排放納入統(tǒng)一評(píng)價(jià)框架??山梃b歐盟產(chǎn)品環(huán)境足跡等國(guó)際經(jīng)驗(yàn),結(jié)合我國(guó)國(guó)情建立適合電化學(xué)水處理裝備的LCA評(píng)價(jià)方法,為綠色采購(gòu)和市場(chǎng)準(zhǔn)入提供科學(xué)依據(jù)。
5) 建立技術(shù)分級(jí)認(rèn)證體系
依托GB/T 45386.1-2025的實(shí)施,探索建立電化學(xué)水處理技術(shù)的分級(jí)認(rèn)證體系,包括電極材料性能、系統(tǒng)能耗水平、運(yùn)行可靠性、副產(chǎn)物控制等維度的分級(jí)認(rèn)證。對(duì)于節(jié)能型企業(yè)而言,分級(jí)認(rèn)證不僅有助于自身技術(shù)產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣,也可為下游用戶(hù)的采購(gòu)決策提供可靠的參考依據(jù),同時(shí)為國(guó)家節(jié)能降碳技術(shù)裝備推薦目錄的遴選提供更為具體的技術(shù)支撐。
6) 推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)
標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系的完善不是任何一個(gè)單一主體能夠獨(dú)立完成的任務(wù)。節(jié)能型企業(yè)應(yīng)積極發(fā)揮連接上游研發(fā)與下游應(yīng)用的橋梁作用:將工程實(shí)踐中的標(biāo)準(zhǔn)需求反饋至標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu),將評(píng)價(jià)體系的驗(yàn)證數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)給行業(yè)知識(shí)庫(kù),將行之有效的節(jié)能降耗經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為可推廣的標(biāo)準(zhǔn)條文。政府、行業(yè)協(xié)會(huì)、科研機(jī)構(gòu)、工程公司等多方協(xié)作將是推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)體系走向成熟的關(guān)鍵力量。
電化學(xué)水處理作為一項(xiàng)兼具環(huán)境治理效益與節(jié)能降碳潛力的前沿技術(shù),正處于從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新到規(guī)?;こ虘?yīng)用的關(guān)鍵跨越階段。GB/T 45386.1-2025的發(fā)布,在制度層面為這一進(jìn)程清除了“無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依”的障礙,但一個(gè)系統(tǒng)、精細(xì)、可操作的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系仍在構(gòu)建之中。
對(duì)于節(jié)能型企業(yè)而言,這既是責(zé)任,也是機(jī)遇。一方面,需要在工程實(shí)踐中積累真實(shí)、完整的數(shù)據(jù),為評(píng)價(jià)體系的完善提供實(shí)證基礎(chǔ);另一方面,可以主動(dòng)參與標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)修訂與細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)制定,將來(lái)自一線(xiàn)的節(jié)能實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)納入標(biāo)準(zhǔn)文本,推動(dòng)行業(yè)向更高效、更經(jīng)濟(jì)、更可持續(xù)的方向發(fā)展。在“雙碳”目標(biāo)和工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下,一個(gè)完善的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系,將是電化學(xué)水處理技術(shù)從“好技術(shù)”走向“好產(chǎn)業(yè)”的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。
瑞澤能源將繼續(xù)深耕工業(yè)水處理與節(jié)能降碳領(lǐng)域,具備電化學(xué)水處理技術(shù)勘測(cè)診斷、方案設(shè)計(jì)、工程實(shí)施、運(yùn)維托管一體化服務(wù)能力。未來(lái),將持續(xù)聚焦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系優(yōu)化,以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)、以標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)為準(zhǔn)則、以實(shí)效落地為根本,為工業(yè)企業(yè)提供高效、低碳、經(jīng)濟(jì)的電化學(xué)水處理解決方案,助力企業(yè)節(jié)水降碳、提質(zhì)增效,為國(guó)家 “雙碳” 戰(zhàn)略落地與工業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
一、引言
我國(guó)水資源短缺與工業(yè)廢水排放之間的矛盾日益突出,傳統(tǒng)水處理方法如化學(xué)沉淀、生物處理等普遍存在能耗高、藥劑用量大、二次污染風(fēng)險(xiǎn)等突出問(wèn)題。在此背景下,電化學(xué)水處理技術(shù)因其反應(yīng)條件溫和、污泥產(chǎn)量低、無(wú)需大量外加藥劑等優(yōu)勢(shì),受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。
電化學(xué)水處理的技術(shù)路徑主要包括電化學(xué)氧化、電絮凝、電還原、電容去離子等方向,在化工、印染、制藥、冶金等多個(gè)行業(yè)已有不同程度的應(yīng)用驗(yàn)證。然而,長(zhǎng)期以來(lái)該領(lǐng)域面臨一個(gè)共性問(wèn)題:技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺位、評(píng)價(jià)體系不一。不同項(xiàng)目之間缺乏可比性,工程設(shè)計(jì)和驗(yàn)收缺乏統(tǒng)一依據(jù),直接制約了技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推廣。對(duì)于節(jié)能型企業(yè)而言,這既是挑戰(zhàn),也是機(jī)遇。建立科學(xué)、統(tǒng)一、實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系,有助于遴選高效低耗技術(shù)方案,助力行業(yè)“降藥、減泥、降能耗”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
二、標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀:從無(wú)到有的重要突破
1) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系的初步建立
2025年3月28日,國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式發(fā)布了GB/T 45386.1-2025《工業(yè)廢水電化學(xué)處理技術(shù)規(guī)范 第1部分:總則》,這是我國(guó)電化學(xué)水處理領(lǐng)域的首項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(TC63)歸口,水處理劑分會(huì)(TC63SC5)執(zhí)行,南京理工大學(xué)、清華大學(xué)、中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院等二十余家高校、企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)參與起草,充分體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的特點(diǎn)。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電化學(xué)技術(shù)處理工業(yè)廢水的選用原則、運(yùn)行要求、安全要求、職業(yè)衛(wèi)生與環(huán)境保護(hù)要求,其適用范圍涵蓋工業(yè)廢水處理,也適用于市政污水和垃圾滲濾液等的處理。標(biāo)準(zhǔn)于2025年10月1日正式實(shí)施,為電化學(xué)水處理工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、運(yùn)行維護(hù)和安全環(huán)保管理提供了首個(gè)國(guó)家層面的技術(shù)依據(jù)。
2) 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的體系架構(gòu)與不足
GB/T 45386.1-2025作為總則性標(biāo)準(zhǔn),確立了基本框架,但電化學(xué)水處理涉及技術(shù)路線(xiàn)多樣、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,單一標(biāo)準(zhǔn)難以覆蓋全部細(xì)節(jié)。目前尚無(wú)專(zhuān)門(mén)針對(duì)電絮凝、電還原、電容去離子等細(xì)分技術(shù)的分項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。水處理系統(tǒng)運(yùn)行壽命評(píng)估、電極材料性能表征、副產(chǎn)物控制等方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作仍處于起步階段。
從國(guó)際視角看,發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在電化學(xué)水處理領(lǐng)域同樣缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),更多依賴(lài)行業(yè)指南和檢測(cè)規(guī)范。與國(guó)際同類(lèi)技術(shù)規(guī)范相比,我國(guó)新發(fā)布的國(guó)標(biāo)在體系完整度和工程適用性方面并不落后,但在電極材料測(cè)試方法、系統(tǒng)能效基準(zhǔn)等具體環(huán)節(jié)仍有細(xì)化空間。
3) 標(biāo)準(zhǔn)制定背后的政策驅(qū)動(dòng)
GB/T 45386.1-2025的制定具有明確的政策背景。標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)符合“十四五”規(guī)劃中“強(qiáng)化工業(yè)節(jié)水減排”“鼓勵(lì)再生水利用”等要求,也與國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》中“積極推動(dòng)工業(yè)廢水資源化利用”的政策導(dǎo)向高度契合。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)推廣之間的聯(lián)動(dòng)機(jī)制正在逐步形成——標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施為技術(shù)裝備進(jìn)入節(jié)能降碳技術(shù)推薦目錄奠定了必要基礎(chǔ)。
三、評(píng)價(jià)體系:多維度的技術(shù)衡量框架
一個(gè)完善的技術(shù)評(píng)價(jià)體系,應(yīng)當(dāng)能夠從多個(gè)維度客觀反映電化學(xué)水處理的性能水平和經(jīng)濟(jì)可行性。結(jié)合GB/T 45386.1-2025的技術(shù)要求和行業(yè)實(shí)踐,電化學(xué)水處理的評(píng)價(jià)體系可從以下四個(gè)方面展開(kāi)。
1) 技術(shù)性能指標(biāo)
(1)處理效果類(lèi)指標(biāo)
這是評(píng)價(jià)體系中最基礎(chǔ)和直觀的部分,主要包括化學(xué)需氧量(COD)去除率、總有機(jī)碳(TOC)去除率、特征污染物去除率(如苯系物、酚類(lèi)、抗生素、重金屬等)、總氮和氨氮去除率、色度和濁度、懸浮物等。上述指標(biāo)的檢測(cè)已有相對(duì)成熟的實(shí)驗(yàn)方法,但在工程現(xiàn)場(chǎng)條件下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可比的數(shù)據(jù)采集仍存在挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在水質(zhì)波動(dòng)性、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)精度不足以及不同方法之間的結(jié)果偏差。
(2)能耗類(lèi)指標(biāo)
能耗是電化學(xué)水處理技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的核心考量因素,也是節(jié)能型企業(yè)最為關(guān)注的指標(biāo)。目前行業(yè)內(nèi)常用的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)包括:瞬時(shí)槽壓、電流效率、單位COD能耗(kWh/kg·COD)、單位TOC能耗、比能量消耗等。學(xué)術(shù)研究中更有研究者提出凈能量回收(kWh/kg·COD)等標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo),以利于不同技術(shù)方案之間的公平比較。在實(shí)際工程中,電流效率往往受到水質(zhì)變化、電極老化等多重因素影響,單一指標(biāo)難以全面表征系統(tǒng)真實(shí)能耗水平,需結(jié)合運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、電極維護(hù)頻率等綜合判斷。
(3)穩(wěn)定性與壽命指標(biāo)
包括電極材料腐蝕速率、活性組分保持度、連續(xù)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等。一批新型電極材料,如三維多孔電化學(xué)活性膜電極、氣體擴(kuò)散電極等,已在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行突破5000小時(shí)的優(yōu)異表現(xiàn)。然而從實(shí)驗(yàn)室到工程現(xiàn)場(chǎng),電極在復(fù)雜水質(zhì)條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍是規(guī)?;瘧?yīng)用的主要瓶頸。穩(wěn)定性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)方法亟需建立。
2) 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)
經(jīng)濟(jì)性是決定技術(shù)能否被市場(chǎng)接受的最終因素。經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)包括:
建設(shè)投資:設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、安裝工程費(fèi)、土建費(fèi)等。
運(yùn)行成本:每噸水處理成本、每千克COD去除成本、電耗成本和藥劑成本等。
維護(hù)成本:電極更換周期、膜組件清洗頻率與成本等。
3) 安全與環(huán)境影響指標(biāo)
電化學(xué)處理過(guò)程的副產(chǎn)物問(wèn)題不容忽視。研究表明,在含氯廢水的電化學(xué)處理中,可能生成氯酸鹽、高氯酸鹽、三鹵甲烷、鹵乙酸、溴酸鹽、亞硝胺、醛酮類(lèi)等多種副產(chǎn)物。上述副產(chǎn)物毒性各異,有些具有“三致”效應(yīng),其控制與監(jiān)測(cè)應(yīng)作為評(píng)價(jià)體系的關(guān)鍵組成部分。此外,處理出水的生物毒性(如發(fā)光細(xì)菌急性毒性、斑馬魚(yú)胚胎毒性等)也是衡量環(huán)境安全性的重要參考指標(biāo)。
在環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面,碳足跡是日益受關(guān)注的維度。上述電子介導(dǎo)還原氧化項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示,噸水碳排放減少了30.4%,年碳減排量達(dá)2.53萬(wàn)噸,充分體現(xiàn)了電化學(xué)水處理“降污”與“降碳”協(xié)同增效的潛力。
4) 綜合效益指標(biāo)
綜合效益指標(biāo)旨在衡量技術(shù)在特定場(chǎng)景下的綜合價(jià)值,包括:
資源化效益:廢水再生回用率、有價(jià)值物質(zhì)回收率等。上述項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了污水再生回用率穩(wěn)定在70%。
減藥效益:相較傳統(tǒng)化學(xué)處理工藝減少的藥劑消耗量,對(duì)降低二次污染風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行成本均有直接意義。
減泥效益:電化學(xué)技術(shù)因不外加絮凝劑或僅利用電極原位產(chǎn)絮凝劑,污泥產(chǎn)量通常遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)化學(xué)處理工藝。
四、行業(yè)挑戰(zhàn):當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系的主要困境
1) 標(biāo)準(zhǔn)體系碎片化與技術(shù)多樣性之間的矛盾
電化學(xué)水處理涵蓋電化學(xué)氧化、電絮凝、電還原、電滲析、電容去離子等多種技術(shù)路徑,各技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理、電極材料、運(yùn)行參數(shù)各有不同,同一標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)在不同技術(shù)路徑中的適用性和評(píng)價(jià)基準(zhǔn)存在差異。例如,電絮凝的能耗主要體現(xiàn)在電流密度與電極消耗上,而電化學(xué)氧化的能耗則集中體現(xiàn)在單位污染物去除的電量消耗上。缺乏針對(duì)不同技術(shù)路徑的平行標(biāo)準(zhǔn),使得行業(yè)內(nèi)的橫向比較存在較大困難。
2) 評(píng)價(jià)方法的實(shí)驗(yàn)室化傾向
當(dāng)前多數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室研究場(chǎng)景,使用的條件較為理想化(恒定水質(zhì)、恒定流速、恒溫等)。一旦轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用——水質(zhì)波動(dòng)、電極老化、膜污染等現(xiàn)實(shí)因素疊加——實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)往往失去可比性和指導(dǎo)意義。文獻(xiàn)研究表明,電化學(xué)技術(shù)雖已具備6至7級(jí)的技術(shù)就緒度,但在處理真實(shí)條件下的新興污染物方面仍處于探索階段,實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新與工程應(yīng)用之間存在明顯的轉(zhuǎn)化壁壘。
3) 能耗評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)缺失
能耗是電化學(xué)水處理的經(jīng)濟(jì)命脈,但“高能耗”與“低能耗”的判定缺少統(tǒng)一的基準(zhǔn)。例如,處理低濃度有機(jī)廢水的單位COD能耗通常高于高濃度廢水,但這是否意味著前者“能耗更高”?同樣,不同處理目標(biāo)(達(dá)標(biāo)排放vs.深度回用)的能耗基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)有所區(qū)別。當(dāng)前評(píng)價(jià)中常用的kWh/kg·COD值,因廢水組分的差異,僅具有參考意義,缺乏分行業(yè)、分濃度的能耗基準(zhǔn)體系。有綜述研究也指出,缺乏電極材料的活性、選擇性和穩(wěn)定性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化方法,是妨礙技術(shù)放大的主要障礙之一。
4 )生命周期評(píng)價(jià)的整體缺位
部分技術(shù)在某一環(huán)節(jié)表現(xiàn)出優(yōu)越性能,但在全生命周期內(nèi)可能因電極材料生產(chǎn)過(guò)程的高能耗、高碳排放而抵消其運(yùn)行階段的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。目前行業(yè)內(nèi)缺乏針對(duì)電化學(xué)水處理系統(tǒng)的全生命周期評(píng)價(jià)方法,不利于從更高維度評(píng)判技術(shù)的可持續(xù)性。
5) 工程放大中的非線(xiàn)性效應(yīng)
實(shí)驗(yàn)室研究成果在工程放大過(guò)程中往往出現(xiàn)性能衰減的非線(xiàn)性效應(yīng)。以電流效率為例,小試階段的電流效率可達(dá)80%以上,但放大到中試或工程規(guī)模后,因電阻分布不均、氣泡效應(yīng)增強(qiáng)、傳質(zhì)受限等因素,實(shí)際電流效率可能大幅下降。電極穩(wěn)定性和處理效率之間的權(quán)衡關(guān)系、放大過(guò)程中的傳質(zhì)限制等,均是阻礙電化學(xué)水處理規(guī)?;瘧?yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。評(píng)價(jià)體系應(yīng)當(dāng)納入放大系數(shù)這一參數(shù),以反映技術(shù)在不同規(guī)模下的性能偏差。
五、發(fā)展建議:邁向標(biāo)準(zhǔn)化的務(wù)實(shí)路徑
基于節(jié)能型企業(yè)的視角,推動(dòng)電化學(xué)水處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系的完善,可從以下幾個(gè)方面著力。
1) 加快分級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的制定
在GB/T 45386.1-2025總則標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,建議加快推進(jìn)面向不同技術(shù)路徑和應(yīng)用場(chǎng)景的分項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)??蓮娜齻€(gè)維度進(jìn)行分級(jí)分類(lèi):一是按技術(shù)類(lèi)型(電化學(xué)氧化、電絮凝、電還原、電容去離子等)制定分標(biāo)準(zhǔn);二是按應(yīng)用場(chǎng)景(高濃度有機(jī)廢水、含鹽廢水、含重金屬?gòu)U水等)細(xì)化要求;三是按處理目標(biāo)(達(dá)標(biāo)排放、再生回用、零排放等)界定不同的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)。
2) 強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證與標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)
打破評(píng)價(jià)指標(biāo)“從實(shí)驗(yàn)室來(lái)、到實(shí)驗(yàn)室去”的局面,推動(dòng)建立面向工程現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)與驗(yàn)證方法。具體包括:開(kāi)發(fā)適用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器和儀器設(shè)備,提高現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性;建立電化學(xué)水處理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水質(zhì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法,反映系統(tǒng)抵抗進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的魯棒性。
3) 構(gòu)建動(dòng)態(tài)能耗評(píng)價(jià)基準(zhǔn)
建議行業(yè)協(xié)會(huì)牽頭,收集匯總不同行業(yè)、不同濃度、不同規(guī)模的電化學(xué)水處理工程能耗數(shù)據(jù),建立分行業(yè)、分濃度、分處理目標(biāo)的能耗基準(zhǔn)線(xiàn)。該基準(zhǔn)線(xiàn)的建立將有助于工程項(xiàng)目的前期決策和節(jié)能型企業(yè)的技術(shù)方案優(yōu)化。同時(shí),能耗評(píng)價(jià)應(yīng)引入可再生能源協(xié)同系數(shù),鼓勵(lì)電化學(xué)水處理系統(tǒng)與光伏、風(fēng)電等綠電資源耦合,真正實(shí)現(xiàn)“節(jié)能”與“降碳”的統(tǒng)一。
4) 推進(jìn)全生命周期評(píng)價(jià)
在標(biāo)準(zhǔn)制定中引入全生命周期評(píng)價(jià)理念,將電極材料制備、設(shè)備制造、運(yùn)行維護(hù)、報(bào)廢回收等全過(guò)程的碳排放納入統(tǒng)一評(píng)價(jià)框架??山梃b歐盟產(chǎn)品環(huán)境足跡等國(guó)際經(jīng)驗(yàn),結(jié)合我國(guó)國(guó)情建立適合電化學(xué)水處理裝備的LCA評(píng)價(jià)方法,為綠色采購(gòu)和市場(chǎng)準(zhǔn)入提供科學(xué)依據(jù)。
5) 建立技術(shù)分級(jí)認(rèn)證體系
依托GB/T 45386.1-2025的實(shí)施,探索建立電化學(xué)水處理技術(shù)的分級(jí)認(rèn)證體系,包括電極材料性能、系統(tǒng)能耗水平、運(yùn)行可靠性、副產(chǎn)物控制等維度的分級(jí)認(rèn)證。對(duì)于節(jié)能型企業(yè)而言,分級(jí)認(rèn)證不僅有助于自身技術(shù)產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣,也可為下游用戶(hù)的采購(gòu)決策提供可靠的參考依據(jù),同時(shí)為國(guó)家節(jié)能降碳技術(shù)裝備推薦目錄的遴選提供更為具體的技術(shù)支撐。
6) 推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)
標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系的完善不是任何一個(gè)單一主體能夠獨(dú)立完成的任務(wù)。節(jié)能型企業(yè)應(yīng)積極發(fā)揮連接上游研發(fā)與下游應(yīng)用的橋梁作用:將工程實(shí)踐中的標(biāo)準(zhǔn)需求反饋至標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu),將評(píng)價(jià)體系的驗(yàn)證數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)給行業(yè)知識(shí)庫(kù),將行之有效的節(jié)能降耗經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為可推廣的標(biāo)準(zhǔn)條文。政府、行業(yè)協(xié)會(huì)、科研機(jī)構(gòu)、工程公司等多方協(xié)作將是推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)體系走向成熟的關(guān)鍵力量。
電化學(xué)水處理作為一項(xiàng)兼具環(huán)境治理效益與節(jié)能降碳潛力的前沿技術(shù),正處于從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新到規(guī)?;こ虘?yīng)用的關(guān)鍵跨越階段。GB/T 45386.1-2025的發(fā)布,在制度層面為這一進(jìn)程清除了“無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依”的障礙,但一個(gè)系統(tǒng)、精細(xì)、可操作的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系仍在構(gòu)建之中。
對(duì)于節(jié)能型企業(yè)而言,這既是責(zé)任,也是機(jī)遇。一方面,需要在工程實(shí)踐中積累真實(shí)、完整的數(shù)據(jù),為評(píng)價(jià)體系的完善提供實(shí)證基礎(chǔ);另一方面,可以主動(dòng)參與標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)修訂與細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)制定,將來(lái)自一線(xiàn)的節(jié)能實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)納入標(biāo)準(zhǔn)文本,推動(dòng)行業(yè)向更高效、更經(jīng)濟(jì)、更可持續(xù)的方向發(fā)展。在“雙碳”目標(biāo)和工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下,一個(gè)完善的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系,將是電化學(xué)水處理技術(shù)從“好技術(shù)”走向“好產(chǎn)業(yè)”的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。
瑞澤能源將繼續(xù)深耕工業(yè)水處理與節(jié)能降碳領(lǐng)域,具備電化學(xué)水處理技術(shù)勘測(cè)診斷、方案設(shè)計(jì)、工程實(shí)施、運(yùn)維托管一體化服務(wù)能力。未來(lái),將持續(xù)聚焦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系優(yōu)化,以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)、以標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)為準(zhǔn)則、以實(shí)效落地為根本,為工業(yè)企業(yè)提供高效、低碳、經(jīng)濟(jì)的電化學(xué)水處理解決方案,助力企業(yè)節(jié)水降碳、提質(zhì)增效,為國(guó)家 “雙碳” 戰(zhàn)略落地與工業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。


