焦化废水经生化处理后,其出水中残留的多环芳烃(PAHs)、杂环化合物和色度常常难以达标。芬顿氧化是有效的深度处理手段,但传统液态H₂O₂的储存与投加存在安全风险,且一次性大量投加H₂O₂导致·OH的瞬时无效自淬灭,利用率低。将电催化原位产H₂O₂与非均相芬顿催化剂相串联,可以构建一个按需产H₂O₂、即时消耗、连续运行、清洁安全的一体化深度处理系统。该系统的核心前端是一个高效的气体扩散阴极,由碳黑-聚四氟乙烯构成,能在不外加曝气的条件下,通过自然呼吸或微压供氧,高效地将空气中的氧气通过两电子还原路径(ORR)转化为H₂O₂,并累积至一定浓度。后段则是一个装填了自制的铁铜双金属氧化物@Al₂O₃颗粒催化剂的固定床反应柱。
运行时,阴极室连续产出的富含H₂O₂的溶液,与待处理的焦化废水生化出水在管道中混合,随后立即进入后段的催化剂床层。在催化剂表面,H₂O₂被高效活化为具有强氧化性的·OH,废水中的难降解有机物在流经床层时被快速氧化降解。连续流实验运行了超过60天。在优化的阴极电位(-0.6V vs. RHE)和反应柱空床接触时间(15分钟)下,该系统对进水中COD(平均约350mg/L)的去除率稳定在75%以上,色度去除率>95%,出水中苯并[a]芘等代表性多环芳烃浓度降至检出限以下。该一体化系统全程自动化运行,通过在线调节阴极电流即可灵活控制H₂O₂的产率,以应对进水水质的波动,无需人工干预。该系统真正实现了由可再生电能驱动的、按需现场产药、无化学储运风险的新型清洁高级氧化工艺。
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