Fenton試劑在水處理中的應用研究

葉維浩

摘要：Fenton試劑在處理難降解有機污染物時具有獨特的優(yōu)勢，是一種很有應用前景的廢水處理技術(shù)。文章介紹了該技術(shù)的發(fā)展過程、主要類型及應用現(xiàn)狀，并對其在廢水處理中的 優(yōu)缺點和發(fā)展趨勢做出了評述。

關鍵詞：Fenton試劑；水處理；應用

Fenton試劑是由H2O2和Fe混合得到的一種強氧化劑，特別適用于某些難治理的或?qū)ι镉卸拘缘墓I(yè)廢水的處理。因具有反應迅速、溫度和壓力等反應條件緩和且無二次污染等優(yōu)點，近30年來，其在工業(yè)廢水處理中的應用越來越受到國內(nèi)外的廣泛重視。

一、簡述Fenton試劑處理效率的影響因素

1、pH值

因Fe受制于溶液的pH值，所以Fenton試劑只在酸性條件下發(fā)生作用，無法在中性和堿性環(huán)境中催化H202產(chǎn)生·OH。研究者普遍認為，氧化廢水處理效果較好是pH值在2～4范圍內(nèi)時，在pH=3時效果最佳。在采用Fenton試劑處理紡織廢水時發(fā)現(xiàn)，當pH值增加并超過3時，廢水中的COD迅速升高，從而得到最優(yōu)點pH=3。在此條件下，COD的去除率達到80%。在催化劑投加與TOC去除濃度的表現(xiàn)中，當催化劑投加質(zhì)量濃度較高的情況下，TOC去除濃度的去除效果更好。

2、試劑配比

在Fenton反應中，F(xiàn)e是催化H202產(chǎn)生自由基的必要條件，起催化劑的作用。在無Fe條件下，H202難于分解產(chǎn)生自由基。當Fe濃度很低時，自由基的產(chǎn)生量小，產(chǎn)生速度慢，限制整個過程。當Fe濃度過高時，會將H202還原且被氧化成Fe，增加色度。研究了不同[Fe]/[ H202 ] 比值對反應的影響。在[ Fe]/[ H202] = 2 環(huán)境中，當有機物不存在時，F(xiàn)e在幾秒內(nèi)消耗完。有機物存在時，F(xiàn)e的消耗大大受到限制（如圖2）。但有機物存在與否，H202都在反應開始的幾秒內(nèi)被完全消耗。這表明，在高[ Fe]/[ H202比值條件下，消耗H202產(chǎn)生·OH自由基的過程在幾秒內(nèi)進行完畢。

3、反應溫度

根據(jù)反應動力學原理，反應速度隨溫度的增加而加快。但對于Fenton 試劑這樣的復雜反映體系，溫度升高，加速了正反應的進行，也加速副反應。因此，溫度對Fenton試劑處理廢水的影響復雜。適當?shù)臏囟瓤杉せ睢H自由基，溫度過高會使H202分解成H2O和O2。用Fenton試劑處理退漿廢水時發(fā)現(xiàn)，最佳的反應溫度在30℃，低于該溫度出水的COD迅速升高。這可能是由FeSO4/ H202的反應緩慢造成的。

二、探討Fenton試劑在水處理中的應用

Fenton試劑在廢水處理中的應用可分為兩個方面，一是單獨作為一種處理方法氧化有機廢水，二是與其他方法聯(lián)用，如與混凝沉降法，活性炭法，生物處理法等聯(lián)用。

（一）單獨處理方法

自1964年加拿大學者H.R.Eisenhauer首次使用Fenton試劑處理苯酚廢水和烷基苯廢水以來，F(xiàn)enton被廣泛應用與各類水的處理中，以下略舉二例：

1.Fenton法處理垃圾滲濾液

垃圾滲濾液是一類含有多種有毒有害的難降解有機物的廢水，傳統(tǒng)的生化處理法雖常用來處理滲濾液，但因其處理效果遠不及對城市污水的處理。化學氧化法可分解這些難降解的有機物，從而提高廢水的可生化降解性。Fenton試劑因其能夠產(chǎn)生極強氧化性的HO·自由基而被認為是處理滲濾液的一種替代方法。它因費用低廉、操作簡便而受到人們的重視。試驗表明，當雙氧水與亞鐵鹽的總投加比一定（[Fe2+]/[H2O2]=1/3）時，COD的去除率隨雙氧水投加量的增加而增加，但與雙氧水在兩個氧化槽的投加比例無關。當雙氧水的總投加量為0.1mol/L時，COD的去除率可達67.5%，這一結(jié)果同樣適用于其他垃圾填埋場的晚期滲濾液處理。

2.Fenton試劑處理活性黑KBR染料廢水

活性黑染料廢水溶性良好，可生物降解性差，對環(huán)境污染嚴重，采用Fenton試劑可有效的去除水中的色度和COD，當染料濃度為400mg/L，雙氧水投量為0.4ml/L，硫酸亞鐵投量為300mg/L時，可獲得96%脫色率和70%COD去除率。反應最佳pH值為3～5。紫外光和亞鐵離子對過氧化氫的催化分解存在協(xié)同效應；H2O2++O2，H2O2+UV+O2，H2O2+Fe2++UV+O2等

方法引入了氧氣，加入氧氣可節(jié)約過氧化氫的用量，降低處理成本。其反應機理主要為：（1）氧氣吸收紫外光后可生成臭氧等次生氧化劑。（2）氧氣通過誘導自氧化加入到反應鏈中。

光助Fenton氧化處理PVA退漿廢水便是在Fenton反應體系中輔以紫外光和可見光輻射，使其氧化效率比傳統(tǒng)Fenton反應得到較大的提高。其具有的高效率是由于Fe2+和有機物、H2O2等組成的絡合物在光輻射下能迅速還原生成Fe（Ⅱ）的結(jié)果。PVA的去除是通過鐵鹽和PVA形成的大分子絡合物的直接降解而進行的。

（二）與其他方法聯(lián)用

日本進行了大量的聯(lián)用技術(shù)研究，主要集中在與生物法的聯(lián)用。Kokai用Fe2++H2O2+曝氣系統(tǒng)對甘醇廢水進行預處理，然后再接活性污泥法可去除99%的COD。另一種常見的方法是A-HiPO，即酸性凝聚過氧化氫氧化法。該法由酸性凝聚和過氧化氫氧化兩部分組成，酸性凝聚去除廢水中以COD為主要成分的高分子化合物，過氧化氫氧化去除較低分子的有機化合物，所使用的鐵催化劑可回收作為凝聚劑，該法適用范圍廣，能深度去除廢水中的COD。近年來又出現(xiàn)了一種新穎的Fenton試劑處理廢水技術(shù)，氧化偶合混凝法。所謂氧化偶合，就是廢水中的有機污染物在氧化劑的作用下發(fā)生偶合或聚合，形成分子量不太大的偶合或聚合產(chǎn)物，從而改變它們在水中的溶解性能及混凝沉降性能，然后通過混凝過濾去除。實驗結(jié)果表明低劑量的Fenton試劑氧化偶合混凝法可有效去除廢水中的各類酚。當TOC為200mg/L，過氧化氫投加量為100mg/L時，TOC去除率在40%～70%之間。偶合反應與有機物種類關系不大，其產(chǎn)物是通過C-C鍵聯(lián)接而成。

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