章鵬鵬

(華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，河北　唐山　063009)

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Fenton氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用研究

章鵬鵬

(華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，河北唐山063009)

Fenton氧化是一種高級氧化技術(shù)，其產(chǎn)生的·OH可以氧化廢水中的有機(jī)物，廣泛的應(yīng)用于降解高危害、難降解的污染物。本文介紹了Fenton氧化反應(yīng)的機(jī)理及影響因素，綜述了其在化工、制藥、垃圾滲濾液等廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，為今后此技術(shù)的分析和研究奠定了理論基礎(chǔ)。研究表明，在適宜的條件下(pH、H2O2與Fe2+物質(zhì)的量比、反應(yīng)時間等)，利用Fenton氧化技術(shù)處理廢水效果顯著，出水的COD等指標(biāo)均有明顯降低。

Fenton氧化；廢水處理；影響因素

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出，水環(huán)境的污染狀況嚴(yán)峻。我國廢水排放標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，這就要求污水處理能力的提高，從而使水達(dá)標(biāo)排放。工業(yè)廢水中往往含有高濃度、高危害的污染物，單純采用常規(guī)的物理生物處理技術(shù)不能滿足要求。尤其是當(dāng)廢水中含有有毒有害物質(zhì)時，難以利用生物法處理，需要更高級的物理化學(xué)方法。近年來，F(xiàn)enton氧化這種高級氧化技術(shù)廣泛應(yīng)用于難降解污染物的處理，取得了很好的效果，引起了廣大學(xué)者的研究。Fenton氧化技術(shù)具有操作簡單、氧化速率高、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，有非常好的應(yīng)用前景。

1　Fenton氧化反應(yīng)的機(jī)理

Fenton氧化降解有機(jī)物污染物主要為兩個過程：Fe2+與H2O2作用產(chǎn)生·OH和·OH氧化降解有機(jī)化合物。Fenton氧化反應(yīng)過程如下[1]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Fenton氧化第一過程中生成的·OH有非常高的氧化電極電位，可以分解常規(guī)方法無法分解的有機(jī)物，通過電子轉(zhuǎn)移等途經(jīng)將廢水中的有機(jī)物氧化分解為CO2和水等無機(jī)分子，達(dá)到降解有毒有害物質(zhì)的目的。其基本作用機(jī)理如下：Fe2+與H2O2反應(yīng)生成氧化能力很強(qiáng)的羥基自由基，同時生成Fe3+。Fe3+與H2O2反應(yīng)緩慢地生成Fe2+，F(xiàn)e2+再與H2O2迅速反應(yīng)生成·OH，·OH與有機(jī)物RH反應(yīng)生成有機(jī)R·自由基，R·進(jìn)一步氧化，最終有機(jī)物碳鏈發(fā)生裂變，被氧化為CO2和水，顯著降低廢水的COD值[2]。

2　Fenton氧化反應(yīng)的影響因素

2.1pH值

pH值對Fenton氧化處理廢水的處理效果有較大的影響。pH過高或過低都不利于·OH的生成，當(dāng)堿度過高時會抑制Fe2+與H2O2的作用，并且Fe3+的溶解度降低，導(dǎo)致生成的·OH 減少。pH值過低時溶液中H+濃度過高，影響Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)化，從而抑制羥基自由基的產(chǎn)生。一般認(rèn)為Fenton氧化的最佳pH在3左右，根據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，穩(wěn)定的羥基自由基產(chǎn)生的pH范圍為3～5，在此pH范圍內(nèi)，·OH有較高的氧化電勢，有利于去除廢水中有機(jī)物。

2.2[H2O2]/[Fe2+]

H2O2與Fe2+投加的物質(zhì)的量比對廢水處理效果有很大影響。·OH的生成量隨著H2O2投加量的增大而增加，COD去除率也隨之增大。當(dāng)H2O2投加量超過一定范圍，過量的H2O2會與·OH反應(yīng)，抑制氧化反應(yīng)的進(jìn)行，過量的雙氧水也會對COD的測定造成干擾。

Fe2+的加入對·OH的生成起促進(jìn)作用，但過量的Fe2+消耗·OH，影響廢水處理效果，同時生成的Fe3+對出水的色度造成較為嚴(yán)重的影響。

不同廢水水質(zhì)存在差異，最佳H2O2與Fe2+投加的物質(zhì)的量比不同[3-5]，具體比值應(yīng)由實(shí)驗(yàn)得出。

2.3反應(yīng)時間

Fneotn氧化完成所需要的時間主要取決于污水負(fù)荷和試劑投加量。對于污染物濃度低的廢水，反應(yīng)時間一般為是0.5～1 h，對于成分復(fù)雜、污染物濃度高的廢水，氧化完成可能需要數(shù)小時[2]。

3　Fenton氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

3.1化工廢水

化工廢水作為一種難降解的有機(jī)廢水，其一般具有COD值高、有毒有害物質(zhì)種類多的特點(diǎn)，處理難度較大。陳前等[3]進(jìn)行了Fenton試劑處理草酸化工廢水的研究，草酸生產(chǎn)廢水具有較高的COD值和色度，呈現(xiàn)強(qiáng)酸性，并且含有高濃度的氯離子，成分復(fù)雜，處理難度大。實(shí)驗(yàn)探討了溫度、Fenton試劑投加量、加堿性量、PAM投加量對廢水處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在普通自然條件下加入Fenton試劑后反應(yīng)一段時間，上清液COD值不降反而升高。可能是由于隱性COD，加入的H2O2破壞了廢水中有機(jī)大分子而導(dǎo)致COD 升高。也可能是H2O2自身被氧化干擾了COD的測定。實(shí)驗(yàn)表明，在pH為3，溫度為40 ℃，投加2% 雙氧水(H2O2與Fe2+物質(zhì)的量比為1:4)條件下，COD從4876 mg/L降為1080 mg/L，COD總?cè)コ蔬_(dá)78%。PAM的加入對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大。

3.2制藥廢水

制藥廢水往往COD值高，含有大量的生物抑制劑，常規(guī)的生化方法無法處理。蘇榮軍[4]等采用絮凝-芬頓氧化法處理制藥廢水，探索了PAC、PAM的預(yù)處理效果和Fenton試劑配比、投加量、pH等因素對實(shí)驗(yàn)效果的影響，確定了廢水處理的最佳工藝參數(shù)。直接采用Fenton氧化處理廢水時， pH=3，H2O2/Fe2+的物質(zhì)的量比為3:1，F(xiàn)eSO4·7H2O投加量為5 mmol/L時效果最佳，COD去除率達(dá)82.7%。采用絮凝—氧化法時，最佳處理?xiàng)l件為：PAC投加量為0.8 mg/L，PAM投加量為6 μg/L，H2O2/Fe2+的物質(zhì)的量比為3.5:1，F(xiàn)eSO4·7H2O投加量為1.62 mmol/L，pH=3時，COD總?cè)コ蔬_(dá)82.04%。分析得出，利用Fenton氧化技術(shù)處理制藥廢水效果良好，用絮凝—氧化法能顯著減少試劑的投加量，節(jié)約成本。

3.3垃圾滲濾液

垃圾填埋場產(chǎn)生的滲濾液難降解有機(jī)物濃度高，成分復(fù)雜，含有一些重金屬離子，常規(guī)的生物法處理效果不佳。王春霞等[5]針對垃圾滲濾液特點(diǎn)對其進(jìn)行光電芬頓氧化法深度處理的研究，在電芬頓的基礎(chǔ)上引入紫外燈，紫外光可誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的·OH，處理效果更好。實(shí)驗(yàn)表明，在活性炭纖維做陰極，電流強(qiáng)度為0.5A，pH=3，F(xiàn)e2+濃度為1 mmol/L，純氧通入量為250 mL/min的條件下處理COD和TOC分別為860 mg/L、287 mg/L的垃圾滲濾液6 h，其COD 去除率達(dá)62.8%，TOC去除率達(dá)78.9%，色度完全去除。秦樂樂[6]針對滲濾液MBR出水和NF排濃水中殘留的有機(jī)物進(jìn)行研究，采用多種Fenton技術(shù)的組合，經(jīng)處理后滲濾液COD、色度等有機(jī)物指標(biāo)均有大幅度下降，尤其是采用Fenton和紫外光Fenton組合的方式，可經(jīng)濟(jì)高效的去除廢水中有機(jī)物，COD去除率達(dá)90%以上，可生化性提高至0.3左右，得到了良好的處理效果。

4　結(jié)　語

Fenton氧化作為一項(xiàng)高效廢水處理技術(shù)，以操作簡單、氧化速率高、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)得到了更多人的研究，應(yīng)用前景廣闊。Fenton氧化技術(shù)可以有效地降解廢水中難降解污染物，提高廢水可生化性，為后續(xù)生物處理提供有利條件。聯(lián)合混凝等方法，可以取得更好的處理效果，降低處理成本。值得注意的是，應(yīng)用Fenton氧化處理濃度特別高的廢水時，徹底氧化有機(jī)污染物需要的Fenton試劑投加量很大，處理成本較高，值得繼續(xù)研究。隨著研究的不斷加深，F(xiàn)enton氧化技術(shù)將更加成熟，應(yīng)用將更加廣泛。

[1]雷樂成,汪大翚.水處理高級氧化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:19-20．

[2]張中杰.混凝-Fenton試劑法處理油田采油廢水技術(shù)研究[D]. 西安:長安大學(xué),2005:34-39.

[3]陳前,李培, 施國慶. Fenton試劑處理草酸化工廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2015,40(8):97-100.

[4]蘇榮軍,王鵬,谷芳.絮凝—芬頓氧化法處理制藥污水的研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,25(3):292-300.

[5]王春霞,肖書虎, 趙旭.光電芬頓氧化法深度處理垃圾滲濾液研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2009,3(1):11-16.

[6]秦樂樂.基于芬頓原理的高級氧化技術(shù)上去除垃圾滲濾液中難降解有機(jī)物的研究[D].北京:北京交通大學(xué),2015:67-68.

Application of Fenton Oxidation Technology in Wastewater Treatment

ZHANGPeng-peng

(College of Chemical Engineering, North China University of Science and Technology,Hebei Tangshan 063009, China)

Abstracts: Fenton oxidation is a kind of advanced oxidation technology, ·OH generated can oxidize organic maters in wastewater and is widely applied to degrading pollutants with high harm and difficulty in degradation. The mechanism and influencing factors of Fenton oxidation reaction were introduced, and its application progress in chemical engineering, pharmacy, landfill leachate and other wastewater treatment fields was described, which laid theoretical foundation for technical analysis and research in future. According to researches, it was significantly effective by making use of the Fenton oxidation technique to deal with waste water at appropriate conditions (pH, ratio of H2O2and Fe2+amount of substance, reaction time, etc.), which also allowed indexes such as the COD of water outflow to be clearly reduced.

Fenton oxidation; wastewater treatment; influencing factor

章鵬鵬(1993-)，男，華北理工大學(xué)，2013級環(huán)境工程專業(yè)本科在讀。

X703

A

1001-9677(2016)07-0034-02