制药工业废水经厌氧-好氧生化处理后,其尾水中仍残留有痕量的活性药物成分和溶解性微生物代谢产物。这些物质浓度虽低,但具有特定的生物活性,直接排放存在诱导环境细菌产生抗药性的长期生态风险。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,与待处理的制药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,在优化的阴极电位和反应柱空床接触时间下,该系统对进水COD和微量药物成分的去除率稳定在75%以上。该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。经济性评估表明,该系统吨水处理成本与商品H₂O₂法相当或略低,但在安全性、操作简便性和智慧化管控潜力方面具有显著优势。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,在制药废水深度处理领域具有广阔的应用前景。
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