电絮凝耦合高级氧化技术处理中密度纤维板废水的效能优化与机理探究

本研究针对中密度纤维板(MDF)废水难降解有机物处理难题，创新性地将电絮凝(EC)与过氧化氢(HP)、过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)三种高级氧化工艺(AOPs)联用。通过系统优化电极材料、pH值等参数，发现Fe-Al电极在pH 7.4条件下可实现80.8%的COD去除率，耦合HP后提升至84.9%。特别值得注意的是EC-PMS组合将能耗显著降低至38.75 kWh/m3，为工业废水处理提供了高效节能新方案。

　　

中密度纤维板(MDF)作为建筑和家具行业的重要材料，其生产过程中产生的废水含有大量难降解的木质素、单宁等污染物，传统处理方法效率低下且能耗高。这类废水与造纸废水成分相似，含有大量非生物降解性有机物，对水生生态系统构成严重威胁。虽然电絮凝(EC)技术近年来展现出处理优势，但单独应用时仍存在去除效率不足、能耗较高等问题。

为解决这一难题，研究人员开展了一项创新性研究，通过将EC与三种不同的高级氧化工艺(AOPs)——过氧化氢(HP)、过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)进行组合优化。研究首先系统考察了电极材料、pH值、电流强度等关键参数的影响，发现Fe-Al电极组合在pH 7.4、电流1.5A条件下表现最佳。随后引入三种氧化剂进行协同处理，深入分析了不同组合对污染物去除效率和能耗的影响机制。

研究采用了多参数优化实验设计，通过批量试验考察了电极材料(Fe、Al、不锈钢、石墨)、pH值(3-11)、电流强度(0.5-2A)、电解时间(10-60分钟)等变量的影响。使用标准方法测定COD、色度和单宁/木质素含量，并通过动力学模型分析去除速率。特别关注了不同氧化剂添加对溶液电导率和能耗的影响。

确定有效电极对
通过对比不同电极组合发现，Fe-Al组合在COD去除方面表现最优，这归因于铁电极产生的Fe²⁺与铝电极产生的Al³⁺协同作用形成更高效的絮凝体系。

工艺参数优化
在pH 7.4、电流1.5A、电解时间50分钟、NaCl浓度0.02M、电极间距2cm的最佳条件下，单独EC处理可实现80.8% COD去除率，色度去除>99%，单宁/木质素去除93.4%。

氧化剂组合效果
EC-HP组合将COD去除率提升至84.9%，而EC-PMS(79.3%)和EC-PDS(77.7%)改善有限。所有组合均保持>99%的色度去除率。动力学分析显示EC-HP的速率常数最高(-0.0204 min^-1)。

能耗分析
EC-PMS组合的比能耗(SEC)最低(38.75 kWh/m3)，显著低于单独EC(84.37 kWh/m3)，这得益于PMS添加使电导率提升至10.55 mS/cm。

该研究证实EC-PMS组合在保证处理效果的同时能大幅降低能耗，为MDF废水处理提供了经济高效的解决方案。研究还发现造纸废水处理数据可作参考，这为相关工业废水处理研究提供了重要借鉴。特别值得注意的是，通过系统比较三种氧化剂的协同效应，明确了硫酸盐自由基(SO₄^•-)体系在能耗方面的优势，为工业废水处理的工艺选择提供了科学依据。研究结果对推动木材加工行业废水处理的绿色化、低碳化发展具有重要意义。