摘要
我国工业用水和废水产量巨大，造成水资源供需失衡和水污染的加剧。近年来，以近零或零液体排放（ZLD）为目标，“超滤-反渗透”（UF-RO）组合的双膜法在工业废水的深度处理和回用方面越来越受到认可。然而，双膜法产生的反渗透浓水处理难度较大，成为限制废水近零排放的关键问题之一。为此，本文结合“十三五”国家重点研发计划资助的“化工园区废水近零排放污染物削减与水回用关键技术研发与示范”课题，以上海化学工业区生态湿地废水再生过程中产生的反渗透浓水为研究对象，通过小试和中试实验，探究了电化学法及其耦合工艺处理化工园区反渗透浓水的效果和机制，以期为反渗透浓水处理提供参考。 首先，考察了透过式电极系统处理反渗透浓水的效果。结果表明，去除效果受电极组数、进水方式、电流密度、进水流量、初始pH与极水比A/V的影响。在采用4组电极组、阳极-阴极型循环进水方式、电流密度为28mA/cm2、初始pH为8、进水流量为12mL/min和极水比A/V为40.2m-1的条件下，运行120min后，对浓水处理效果最好，COD、TOC和TN的去除率分别为92.2％、52.2％和43.0％;去除COD和TN的反应动力学常数最大，分别为0.02051min-1和0.00071L/（mg·min）;去除单位质量COD所需能耗最低,为1.1kWh/gCOD。 其次，探究了透过式电极系统处理反渗透浓水的机制。结果表明，在连续流模式下，减小极间距、增大电流密度和减小进水流量，会使阳极出水pH降低、阴极出水pH升高、产生的活性氯增多，COD和TN的去除效果越好。污染物的去除归因于阳极氧化-阴极还原作用，活性氯的间接氧化对COD和TN的去除具有促进作用，电极组数的增加有利于活性氯的产生。反渗透浓水中的有机物为含苯环和氮原子杂化为主的荧光类、链状和环状化合物，透过式电极系统可有效降解其中的46种有机污染物。 最后，在中试规模上，验证了电化学法削减反渗透浓水污染物的有效性。采用单独电化学法处理反渗透浓水，增大电流强度和减少进水流量均有利于COD和TN的去除，并在500L/h进水流量和800A电流强度条件下，达到86.1％的COD去除率和47.4％的TN去除率，平均能耗为13.43kWh/吨浓水。通过电化学法进一步处理臭氧-生物出水，在最优条件下可将废水COD从84mg/L降至13mg/L，总COD去除率达到90％以上，电化学贡献率为44.7％;TN均由电化学去除，浓度降至15mg/L以下。组合工艺可去除反渗透浓水中的五类DOM，有效降解其中的49种特征有机污染物。电化学氧化在有机物去除方面作用更大，氧化能力优于臭氧。计算分析化工园区废水近零排放工艺的运行能耗和成本得出,电化学工艺单元能耗为1.13kWh/吨废水，占比为27.3％;工艺总能耗为4.18kWh/吨废水，总处理成本小于5元/吨废水;电化学工艺与组合工艺处理反渗透浓水均具有较好的处理效能。
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