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三维电化学反应器(3DER)是一种有效的电化学氧化技术,通过在阴阳主极板间添加粒子电极,极大提高反应器的电流效率和传质性能,具有降解效率高、环境可兼容和易于操作等优点。3DER技术已成功应用于染料、石油化工等高浓度难降解有机废水的处理,显示出独特的优势。然而,3DER技术在应用过程中仍然存在一些问题,如反应器运行能耗较高、粒子电极催化剂成本昂贵,限制了这一技术在水处理行业的发展。针对这些问题,本论文开展了以下两个方面的研究:采用多重响应优化方法对3DER的运行参数进行优化,提高反应器处理效率的同时降低运行能耗;以剩余污泥为原料制备颗粒污泥炭催化剂,作为一种廉价高效的粒子电极应用于3DER中处理污染物。主要研究内容包括:1.在以颗粒活性炭为粒子电极的3DER中研究高浓度罗丹明B染料废水的降解。采用响应面法结合灰色关联分析评估电压、初始pH、曝气量和NaCl浓度对罗丹明B的去除效果和3DER运行能耗的影响。结果表明,最佳的运行条件为电压7.25 V,pH 5.99,曝气量151.13 mL/min,NaCl浓度0.11 mol/L。在此条件下,电解30 min后,COD去除率可达到60.13%,能耗低至6.22 kWh/kg COD。电压和NaCl浓度是影响3DER中COD去除率和能耗的最重要的因素。同时对处理过程中产生的中间产物进行检测,提出了3DER中罗丹明B可能的降解途径。在优化条件下,3DER对总氮也有良好的去除效果。氯离子产生的活性氯对去除RhB废水中的碳氮污染物有很大的贡献。电解后的出水具有较好的可生化性,适用于后续的生物处理。2.采用一步式简易制备方法,将富铁脱水污泥转化为颗粒污泥碳(GSC),并将其作为粒子电极填充于3DER中进行废水处理。首先对不同热解温度下制备的GSC进行表征,研究其物理、化学和电化学性能。再通过在连续流3DER中降解双酚A和罗丹明B的效果来评估GSC作为粒子电极的催化性能及稳定性。采用电子自旋共振技术检测3DER中产生的羟基自由基,探讨可能的反应机理。结果表明,所制备的GSC是典型的大孔材料,且由于氧化铁和氧化锌的协同作用,GSC表现出良好的电催化活性。500°C/GSC具有较好的吸附和电化学性能,由其填充的3DER表现出最佳的污染物降解效果,可作为一种新型廉价高效的粒子电极在3DER中使用。