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煤化工作为煤炭能源转化行业,在生成清洁能源和提升我国能源安全保障能力方面发挥着重要作用,具有重大的战略意义,但由于煤化工废水排放量大、污染物含量高、毒性大等特点,常规生化工艺难以获得理想的处理效果,二级生化出水中仍残留大量难降解污染物,在我国水环境日趋恶化和水资源短缺的大环境下,国家和行业提出“近零排放”的严格标准,寻找处理能效高、成本低的深度处理工艺是实现煤化工废水“近零排放”的有效途径。本论文针对煤化工废水二级生化出水中残留的难降解污染物,为提高传统电Fenton电流效率和空间利用率,以剩余污泥和铁泥为原材料制备催化粒子电极,构建三维电Fenton体系处理煤化工废水二级出水,并以制备的催化粒子电极为载体构建生物活性炭（Biological activated carbon,BAC）,采用三维电Fenton强化BAC对污染物的去除,为实现废水的“近零排放”提供可靠的水质保障,着重考察三维电Fenton处理煤化工废水二级出水的效能、分析污染物降解动力学和H2O2生成动力学模型、探讨催化反应机理,为三维电Fenton应用于煤化工废水深度处理提供参考和理论基础。本论文以剩余污泥和铁泥为原材料采用一步合成法制备催化粒子电极（SAC-Fe和SAC）,利用正交试验对制备工艺参数进行了分析和优化。SAC-Fe和SAC具有较高的比表面积和较完善的孔隙发育,SAC-Fe中Fe主要来源于原材料中的铁泥,C和O是主要化学元素,主要活性组分以尖晶石Fe3O4晶型结构形式存在,以嵌入和包埋方式均匀分布在多孔碳质基体的表面和内部,且通过化学键与基体牢固结合,增强了其抗化学腐蚀性和稳定性。制备的SAC和SAC-Fe具有较高的吸附性能,通过Langmuir吸附模型计算得到SAC、SAC-Fe和Fe3O4 MNPs对煤化工废水二级出水COD的最大吸附容量分别为112.6、101.1和33.4 mg/g。利用制备的SAC-Fe构建三维电Fenton体系,三维电Fenton对煤化工废水二级出水具有高效的处理效能,采用中心复合设计（Central composite design,CCD）和响应面法（Response surface methodology,RSM）优化的参数为:催化粒子电极投加量5.0 g/L、电流密度16.78 mA/cm2、Fe当量13.96 mmol/L、pH 3.95,此时COD去除率模型预测值和试验值分别为75.74%和75.89%。三维电Fenton处理出水COD、总酚、TOC和色度均达到了国家城镇污水处理厂污染物排放一级标准的A标准,且可生化性得到显著改善,急性生物毒性大幅削减。SAC-Fe表现出较高的稳定性,反应过程中Fe离子溶出量极低,采用电化学再生法再生率达到94.33%。三维电Fenton对煤化工废水二级出水TOC的去除符合L-H动力学模型,模型中吸附作用不可忽略,表观反应速率常数为1.33×10-2 min-1。TOC降解反应的平均表观Ea为33.67 kJ/mol,反应为界面控制机制。通过参与H2O2生成和消耗的（电）化学反应建立H2O2生成动力学模型,反应体系内H2O2浓度随时间的延长不断积累并趋于稳定,H2O2最大累积浓度与电流密度、溶解氧浓度、Fe含量等因素有关。SAC-Fe的加入显著增加了三维电Fenton反应体系内H2O2的生成量,二维和三维电Fenton反应体系内H2O2最大累积浓度分别为433.3μmol/L和741.6μmol/L。三维电Fenton在酸性和弱碱性条件下产生的参与污染物降解的主要活性氧化物种不同,酸性条件下,三维电Fenton产生的自由基主要是·OH,遵循Haber-Weiss机制;弱碱性条件下,产生的强氧化剂主要是·O2-和少量的·OH,涉及H2O2复合体的形成和分解。三维电Fenton为界面催化反应机制,SAC-Fe为电化学反应和污染物降解反应提供了反应载体和场所,污染物在SAC-Fe表面富集提高了自由基利用率。SAC-Fe同时作为三维电化学体系的粒子电极和电Fenton反应的非均相催化剂,参与H2O2的电化学合成和H2O2的催化分解。SAC-Fe内嵌式碳质多孔结构赋予SAC-Fe更多的催化活性位点,保证了其高效的催化活性。三维电Fenton处理后,废水中有机污染物种类从45种减少到34种,酚类化合物大部分被去除,废水中残留的有机污染物主要是含氮杂环类（N-heterocyclic compounds,NHCs）、长链烷烃类和小部分酚类化合物。三维电Fenton对吡啶、喹啉和吲哚的降解性能存在较大差异,NHCs物质结构与降解速率之间的关系可以用建立的QSAR模型描述。采用制备的SAC构建BAC强化污染物的去除,BAC进水端生物膜的生物活性较高,SOUR平均为24.6×10-2 mgO2/（gSAC·h）。废水经三维电Fenton和BAC处理后,出水COD、总酚、TOC和色度为40.24、0.42、13.15 mg/L和20倍,能够为后续回用水处理系统提供可靠的水质保障,利于废水“近零排放”目标的实现;组合工艺中三维电Fenton和BAC处理时间均大幅缩减,废水中污染物可在短时间内高效去除。本论文研究的三维电Fenton体系和强化组合工艺对实际废水中污染物具有高效的降解效果,对三维电Fenton应用于实际废水深度处理具有指导意义。