醌类化合物（如蒽醌、萘醌等）通过氧化还原介导作用处理高浓度硝酸盐废水（NO₃⁻ 500-5000mg/L），在pH 6-8条件下可实现硝酸盐去除率＞95%，总氮去除率＞90%，同时降解废水中的有机污染物（COD去除率60-80%），已成功应用于电镀、化工等行业废水处理。
技术原理
Q + 2H⁺ + 2e⁻ → QH₂ (醌的还原)
QH₂ + NO₃⁻ → Q + NO₂⁻ + H₂O (硝酸盐还原)
电子传递机制：醌/氢醌氧化还原对(Eh=+0.2～+0.5V)作为电子穿梭体
协同作用：同时实现硝酸盐还原和有机物氧化
最终产物：N₂(＞85%)、少量N₂O(＜15%)
典型醌类化合物性能比较
| 化合物 | 氧化还原电位(V) | 硝酸盐去除率(%) | 最适pH范围 |
|---|---|---|---|
| 蒽醌-2-磺酸 | +0.22 | 92-97 | 6.5-7.5 |
| 1,4-萘醌 | +0.48 | 88-94 | 6.0-8.0 |
| 2-羟基-1,4-萘醌 | +0.39 | 90-96 | 6.8-7.8 |
工艺流程
预处理单元
pH调节：控制至6.5-7.5
温度控制：30-35℃
醌类化合物投加：0.5-2.0mmol/L
核心反应单元
厌氧反应器：HRT 4-6h，ORP -100～-200mV
生物强化：反硝化菌剂接种(如Pseudomonas spp.)
醌类化合物再生系统
后处理单元
活性炭吸附：去除残留醌类物质
曝气吹脱：去除溶解N₂
技术优势
| 指标 | 传统反硝化 | 醌介导工艺 |
|---|---|---|
| 硝酸盐去除速率 | 5-10mg/(L·h) | 20-35mg/(L·h) |
| 碳源消耗 | COD/N=3-5 | COD/N=1.5-2.5 |
| 污泥产量 | 0.4-0.6kg/kgNO₃⁻ | 0.2-0.3kg/kgNO₃⁻ |
| N₂O产生量 | 3-8% | ＜1.5% |
工程参数
反应器类型：上流式厌氧污泥床(UASB)或膜生物反应器(MBR)
醌类补充量：每处理1kgNO₃⁻消耗0.05-0.1kg醌类
运行成本：0.8-1.2元/m³(含化学品和能耗)
维护周期：每6个月补充10-15%醌类化合物
应用案例
某电子厂含硝酸盐废水(2000m³/d)：NO₃⁻从1200mg/L降至＜15mg/L
化工厂硝化废水处理：总氮去除率从65%提升至92%
与生物电化学系统耦合：能耗降低40%，醌类回收率＞95%
注意事项
控制溶解氧＜0.5mg/L以保证厌氧环境
定期监测醌类化合物浓度维持0.5-2.0mmol/L
处理含硫废水时需预先去除硫化物
尾气处理系统需配置N₂O分解催化剂
