工业废水经深度生化处理后,其尾水经常呈现出“双低”特征:低COD(100-200mg/L)和低C/N比。残留的COD多为难生化的腐殖质、SMP等,而总氮则主要以硝酸盐形式存在。这使得后续若要达到更高的排放标准(如COD<30mg/L,TN<5mg/L),单项技术往往顾此失彼。硫自养反硝化深度脱氮工艺无需外加有机碳源,已较为成熟。电化学高级氧化因其“清洁”的电子驱动、无需持续投加药剂的特点,在去除微量有机物方面有优势。将两者串联,各司其职——前者负责脱氮,后者负责去碳和矿化,是一个极具吸引力的“零药剂”深度处理组合方案。
本研究设计的串联系统,前端是一个填充硫磺颗粒和石灰石的升流式反硝化滤池,后端是一个以掺硼金刚石膜(BDD)为阳极、石墨毡为阴极的连续流电化学反应器。实验用水为模拟的工业生化尾水,NO₃⁻-N约30mg/L,COD约150mg/L。前端硫自养滤池在优化的水力停留时间(2小时)下,成功将NO₃⁻-N稳定降至1.5mg/L以下,实现深度脱氮。其出水COD因硫自养菌的代谢和截留,可微降至120mg/L。然后,此出水进入后端的BDD电化学反应器。在电流密度为10mA/cm²的条件下,仅需停留15分钟,出水COD便被降至25mg/L以下。
对有机物的分级去除分析清晰地展示了分工协同。前端硫自养单元主要去除了一部分可生物降解的小分子有机物(体现为类蛋白荧光峰的削减)。而后端的电化学单元,则对前端几乎无效的腐殖质类大分子有机物(体现为类腐殖质荧光峰的削除)展现出了极高的矿化效率。BDD阳极产生了大量的羟基自由基,能够非选择性地攻击几乎所有的有机物。此外,阴极生成的H₂O₂也对COD的去除有辅助贡献。该“硫自养脱氮 + BDD电化学氧化”串联系统,全过程仅消耗电能和少量曝气,无需外加任何化学药剂(碳源、混凝剂、氧化剂等),为工业废水处理厂的极限提标提供了一条非常清洁、智能的全电驱动深度处理路径。
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