造纸废水经二级生化处理后,其出水COD中主要残留木质素降解产物、单宁酸等难生物降解的芳香族有机物,色度深,可生化性差。传统铁碳微电解工艺虽然操作简便、成本低廉,但其氧化能力有限,对这类顽固性有机物的矿化效率不高。过一硫酸盐是一种新兴的、可通过多种方式活化产生强氧化性硫酸根自由基(SO₄·⁻)的氧化剂。将PMS引入铁碳微电解体系,可以利用铁碳原电池反应中持续溶出的Fe²⁺,作为活化PMS的均相催化剂,源源不断地产生SO₄·⁻和·OH,从而将传统微电解的单一还原和弱氧化能力,升级为兼具强还原和强氧化的协同体系。
在该PMS增强的铁碳微电解系统中,钢铁屑和颗粒活性炭在酸性废水中构成无数个微小的原电池。阳极的铁失去电子生成Fe²⁺,阴极的碳则传递电子给H⁺或有机物。向反应器中计量加入少量PMS后,其立刻与体系中原位生成的Fe²⁺反应,被高效活化为SO₄·⁻和·OH。同时,铁碳微电解产生的具有强还原性的新生态原子氢[H],可以攻击木质素降解产物中的芳香环和双键,将其部分还原;而活性炭颗粒的巨大比表面积,可以将废水中的有机物和PMS分子同步吸附富集,在微界面上创造高浓度的反应微区,显著提升了反应效率。实验证实,该联合工艺对造纸废水的COD去除率和脱色率均远高于单独的铁碳微电解或单独的Fe²⁺/PMS体系。
三维荧光光谱分析显示,处理后出水中代表木质素和腐殖酸类物质的特征荧光峰强度被大幅削弱。该协同体系还具有另一个工程优势,即铁碳微电解产生的Fe³⁺在后续加碱中和沉淀时,可以通过网捕和共沉淀作用,进一步去除废水中的胶体和部分溶解性有机物。同时,活性炭颗粒与铁屑在流化床或搅拌反应器中的持续碰撞,可以在一定程度上原位清洁填料表面,延缓传统铁碳微电解最头疼的填料板结问题。该PMS增强的铁碳微电解-类芬顿工艺,为造纸、印染等含大量顽固性芳香族有机物的工业废水深度处理,提供了一种简便、高效、能原位激活氧化潜力的新思路。
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