納米鐵強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)在水污染治理的應(yīng)用

劉鵬，王向宇，馬軍，劉惠玲

（1昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明650500；2哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090）

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納米鐵強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)在水污染治理的應(yīng)用

劉鵬1，王向宇1，馬軍2，劉惠玲2

（1昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明650500；2哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090）

摘要：納米鐵強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)因?qū)﹄y降解污染物具有較高的礦化性能，在近十幾年受到廣泛關(guān)注。本文簡要?dú)w納了幾種主要納米鐵強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)，包括納米鐵/Fenton技術(shù)、納米鐵/電化學(xué)技術(shù)、納米鐵/二氧化鈦光催化技術(shù)及納米鐵/生物技術(shù)等，指出復(fù)合技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是可提高試劑使用率、降低反應(yīng)成本，缺點(diǎn)是其應(yīng)用于規(guī)模以上的廢水處理研究還較少。同時(shí)回顧了納米鐵強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)降解典型環(huán)境污染物（鹵代有機(jī)物、硝基芳香化合物、染料和硝酸鹽等）的最新國內(nèi)外研究進(jìn)展，并著重闡述了納米鐵強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)去除污染物的機(jī)理、效能。復(fù)合技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用效果體現(xiàn)在，對廢水中污染物的去除明顯提高。改進(jìn)反應(yīng)試劑投加方式和開展復(fù)合技術(shù)應(yīng)用于低碳鹵代烴等難降解污染物的去除研究成為其在水污染治理領(lǐng)域的發(fā)展前景，同時(shí)要建立降解機(jī)制數(shù)據(jù)庫。

關(guān)鍵詞：納米粒子；強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)；還原；自由基；電子轉(zhuǎn)移

自1997年WANG和ZHANG[1]首次合成并應(yīng)用納米級零價(jià)鐵（nano zero-valent iron，NZVI）去除氯代有機(jī)污染物以來，圍繞NZVI的改性及其去除多種污染物的相關(guān)研究在近十幾年內(nèi)已被大量報(bào)道[2-5]。但NZVI技術(shù)對難降解有機(jī)物（如染料、有機(jī)氯農(nóng)藥）的去除率較低，且形成的部分中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物毒性有所增加[6]，而NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)是解決上述問題的有效途徑。所謂復(fù)合技術(shù)，是通過NZVI和其他技術(shù)的協(xié)同作用，即納米鐵初步還原污染物，并結(jié)合其他技術(shù)對前期還原產(chǎn)物進(jìn)一步氧化或促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移來阻止納米鐵的鈍化，從而將污染物高效礦化的一種聯(lián)合處理技術(shù)。NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)去除污染物的主要優(yōu)勢在于，其不僅能徹底將難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒的小分子產(chǎn)物（如CO2、H2O等），還可促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移，極大的提高反應(yīng)速率和降低反應(yīng)成本[7-8]。雖然有關(guān)NZVI技術(shù)的綜述已有文獻(xiàn)報(bào)道，然而以往文獻(xiàn)僅集中于敘述NZVI的改性方法，幾乎沒有關(guān)于對不同NZVI復(fù)合技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)闡述并比較不同技術(shù)存在優(yōu)劣的綜述文獻(xiàn)。本文將對NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)降解典型環(huán)境污染物的機(jī)理和效能，以及最新實(shí)際工程應(yīng)用和前景進(jìn)行歸納和總結(jié)，以促進(jìn)NZVI在我國環(huán)境治理中的推廣應(yīng)用。

1 NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)的分類

1.1 NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)

1.1.1 NZVI/非均相Fenton復(fù)合技術(shù)

由于均相Fenton技術(shù)存在以下問題[9-10]：①反應(yīng)需控制在酸性條件（pH<5），故需消耗大量的酸來調(diào)節(jié)溶液；②生成大量含有Fe3+的污泥，既浪費(fèi)了資源又造成對環(huán)境的危害；③反應(yīng)過程中需不斷加入Fe2+試劑，容易造成Fe2+的損失。為解決以上問題，NZVI強(qiáng)化的非均相Fenton技術(shù)得以迅速發(fā)展起來。

NZVI在反應(yīng)過程中失電子生成Fe2+，所生成Fe2+促進(jìn)H2O2分解生成OH·，實(shí)現(xiàn)對污染物的非均相Fenton氧化[11-14]，機(jī)理如式(1)～式(5)。

也有報(bào)道在不同pH值條件下，后期發(fā)揮氧化作用的物質(zhì)為Fe(Ⅳ)或OH·和Fe(Ⅳ)兩者共同起氧化作用[15-16]。如KATSOYIANNIS等[15]考察ZVI去除As(Ⅲ)，結(jié)果表明有O2存在且pH>5時(shí)，起氧化作用的是Fe(Ⅳ)。

相較傳統(tǒng)Fenton技術(shù)，NZVI/非均相Fenton復(fù)合技術(shù)有如下優(yōu)勢[17-18]：①pH值應(yīng)用范圍較廣且成本低，同時(shí)NZVI在反應(yīng)過程中可連續(xù)釋放Fe2+，從而降低酸消耗量和Fe2+投加量；②NZVI對污染物實(shí)現(xiàn)前期還原，生成的中間還原產(chǎn)物進(jìn)一步被氧化成對環(huán)境無害的小分子物質(zhì)；③體系產(chǎn)生的Fe3+和Fe0反應(yīng)生成Fe2+，促進(jìn)催化劑Fe2+的循環(huán)和減少Fe3+污泥產(chǎn)生。本文將有關(guān)NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)處理污染物的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件、降解性能等總結(jié)歸納于表1。LI等[11]用NZVI/非均相Fenton復(fù)合技術(shù)降解對氯硝基苯（p-ClNB），其反應(yīng)路徑如圖1所示：①p-ClNB被NZVI還原，且被還原的中間產(chǎn)物經(jīng)過一系列反應(yīng)生成對氯苯胺；②對氯苯胺被OH·逐步氧化生成小分子有機(jī)酸（CxHyOz）、CO2和H2O等。MOON等[18]研究NZVI/非均相Fenton復(fù)合技術(shù)去除偶氮染料橙黃Ⅱ（Orange Ⅱ），在60min，含有NZVI的非均相Fenton體系能實(shí)現(xiàn)對Orange Ⅱ的徹底脫色，且其礦化效率是同樣條件下單獨(dú)NZVI體系的20.38倍，達(dá)到53%。

1.1.2 NZVI/非均相Fenton復(fù)合技術(shù)與輔助技術(shù)聯(lián)用

圖1 NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)對p-ClNB的降解路徑[11]

表1 NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)降解典型環(huán)境污染物的效率

NZVI/非均相Fenton復(fù)合技術(shù)與相關(guān)輔助手段聯(lián)用可提高對污染物的降解效率。如將NZVI負(fù)載于固體材料上或在反應(yīng)過程中加入超聲波（ultrasonic，US）以強(qiáng)化NZVI的分散，或施加紫外光（ultraviolet，UV）促進(jìn)NZVI的腐蝕等[10，20-23]。SHU等[20]用NZVI/Fenton/UV復(fù)合技術(shù)去除偶氮染料酸性黑24（AB24），120min時(shí)，對AB24去除效率和礦化效率分別為99%和91.5%。WANG等[23]考察有序介孔碳（MC）負(fù)載的NZVI-Cu/非均相Fenton復(fù)合技術(shù)處理酚類、染料和殺蟲劑等8種難降解有機(jī)污染物（見圖2），12h內(nèi)對上述有機(jī)污染物礦化效率達(dá)到66.3%以上。然而實(shí)際利用超聲或紫外技術(shù)需考慮超聲處理的能耗以及紫外線燈制作、價(jià)格等問題。

利用弱磁場強(qiáng)化NZVI活性，可提高對污染物的礦化效率，同時(shí)能降低試劑成本和能量消耗[24-25]。同濟(jì)大學(xué)關(guān)小紅教授等[24]利用弱磁場/ZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)降解4-硝基酚（4-NP），該體系產(chǎn)生的OH·濃度為沒有弱磁場ZVI/Fenton體系的3倍，施加弱磁場的ZVI/Fenton復(fù)合體系在60min內(nèi)可完全降解4-NP。

雖然NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)相對傳統(tǒng)均相Fenton技術(shù)優(yōu)勢顯著，但該技術(shù)目前尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，如何提高OH·對目標(biāo)污染物的選擇性是今后該技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)廢水處理的研究重點(diǎn)。

1.2 NZVI/電化學(xué)復(fù)合技術(shù)

圖2 MC-NZVI-Cu/Fenton復(fù)合技術(shù)對不同有機(jī)污染物的礦化效率及降解機(jī)理圖[23]

雖然電化學(xué)技術(shù)降解污染物具有操作簡單、選擇性較高等優(yōu)點(diǎn)[26-27]。但所用貴金屬電極成本高且該技術(shù)對固態(tài)污染物降解效率較低[28-29]，因此單獨(dú)應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)處理水體污染物并不能滿足實(shí)際的環(huán)境需求。

據(jù)報(bào)道，NZVI/電化學(xué)復(fù)合技術(shù)不僅能阻止Fe0的鈍化、陽極惰性電極腐蝕和促進(jìn)陰極H2產(chǎn)生，且O2存在時(shí)，NZVI的腐蝕能使陰極進(jìn)行非均相Fenton反應(yīng)產(chǎn)生OH·[29-31]，提高對目標(biāo)污染物的礦化效率。該體系反應(yīng)機(jī)理為：①在電解質(zhì)溶液中，陽極Fe0/Fe2+失電子還原污染物，陰極Fe3+得電子被還原為Fe2+，加速Fe2+的循環(huán)，同時(shí)促進(jìn)了反應(yīng)過程中電子的轉(zhuǎn)移；②有氧條件下，陽極Fe0失電子生成Fe2+，陰極O2得電子生成H2O2，促進(jìn)非均相Fenton反應(yīng)的發(fā)生。

浙江大學(xué)徐新華教授等[29]以NZVI/電化學(xué)復(fù)合技術(shù)降解2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）（圖3），4h內(nèi)對2,4-D降解效率達(dá)到99.7%，而單獨(dú)應(yīng)用NZVI 對2,4-D幾乎不降解。ZHU等[31]用復(fù)合技術(shù)降解對硝基酚（PNP），得出以下結(jié)論。①酸性條件下，體系中主要存在4種反應(yīng)機(jī)制：電化學(xué)氧化、Fenton氧化、Fe0的氧化還原和鐵氫氧化物的混凝吸附作用，且各反應(yīng)機(jī)制占比分別為39.1%、28.5%、17.8% 和14.6%。②堿性條件下，對PNP降解發(fā)揮主要作用的基團(tuán)是由陽極一系列電化學(xué)氧化形成的高價(jià)鐵物質(zhì)，如FeO2+和FeO42?。

1.3 NZVI/TiO2光催化復(fù)合技術(shù)

半導(dǎo)體光催化劑TiO2價(jià)格低、穩(wěn)定性好、光催化活性較高[32-33]，然而光輻射產(chǎn)生e?和h+能夠再次結(jié)合以及較寬禁帶的存在等缺陷[34-35]，進(jìn)一步限制了TiO2應(yīng)用于多種污染物的去除。通過在TiO2表面涂上過渡金屬（如Fe）或貴金屬（如Pt）能夠彌補(bǔ)其e?和h+再次結(jié)合的缺陷[35-37]。且NZVI/TiO2光催化復(fù)合技術(shù)可充分利用NZVI的強(qiáng)還原性和TiO2強(qiáng)光催化性并發(fā)揮協(xié)同作用，如TiO2的價(jià)帶和導(dǎo)帶電勢分別為3.0eV和?0.2eV，可提供e?促進(jìn)Fe3+氧化成Fe2+，并進(jìn)一步生成Fe0。故一方面可以提高Fe2+/Fe0的循環(huán)能力、阻止NZVI鈍化膜形成，另一方面復(fù)合體系形成的過量Fe2+可促進(jìn)非均相Fenton反應(yīng)的發(fā)生，提高對有機(jī)污染物的氧化降解程度，同時(shí)TiO2起著分散NZVI的作用[34，38-40]。

圖3 NZVI/電化學(xué)復(fù)合技術(shù)對2,4-二氯苯氧乙酸的脫氯機(jī)理圖[29]

YUN等[34]用NZVI/TiO2/UV光催化復(fù)合技術(shù)使甲基橙偶氮染料（MO）在1h的惰性氣氛下完全脫色，該復(fù)合體系在有無O2條件下降解MO的機(jī)理如圖4：惰性氣氛下，MO被NZVI還原和OH·氧化，同時(shí)TiO2光催化產(chǎn)生的e?可以還原Fe3+生成Fe2+，既降低了e?和h+重新結(jié)合的概率，又可提高NZVI對有機(jī)物的還原去除率。LIU等[38]在NZVI/TiO2/UV光催化復(fù)合技術(shù)降解2,4-二氯酚（2,4-DCP）的研究中得出，反應(yīng)時(shí)間2h，該復(fù)合技術(shù)對2,4-DCP的降解效率和礦化效率分別達(dá)到97%和71%，是單獨(dú)TiO2光催化和NZVI技術(shù)對污染物降解效率的1.97～2.09倍。

圖4 O2或N2氣氛下，NZVI/TiO2光催化復(fù)合技術(shù)對甲基橙偶氮染料降解機(jī)理模型圖[34]

NZVI/TiO2光催化復(fù)合技術(shù)呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，但是合成NZVI-TiO2復(fù)合材料所使用的試劑仍然存在一定的負(fù)面效應(yīng)，且TiO2禁帶寬度為3.2eV，這也導(dǎo)致其進(jìn)行光催化反應(yīng)時(shí)只能吸收紫外光，而限制了低成本太陽光的廣泛應(yīng)用。

1.4 NZVI/生物復(fù)合技術(shù)

NZVI/生物復(fù)合技術(shù)在近些年發(fā)展較迅速。由于NZVI失電子使污染物部分還原，微生物進(jìn)一步利用原污染物或還原產(chǎn)物為碳源或能源進(jìn)行自身的新陳代謝，且前期Fe0腐蝕產(chǎn)生的H2和Fe2+可改善微生物的活性，進(jìn)而對污染物達(dá)到協(xié)同降解[41-43]。夏宏彩等[41]利用海藻酸鈣固定化的NZVI/Thauera Phenylacetica微生物復(fù)合技術(shù)去除高氯酸鹽，14天內(nèi)對高氯酸鹽去除效率是單獨(dú)應(yīng)用NZVI和Thauera Phenylacetica微生物體系的2.27～3.57倍。然而由于NZVI腐蝕形成的Fe2+和活性氧基團(tuán)（ROS）對微生物具有不良影響[44-46]，對該復(fù)合技術(shù)的研究目前只停留于理論階段。

雖然上述4種復(fù)合技術(shù)在近些年都得到廣泛的研究。但對各種復(fù)合技術(shù)降解污染物的機(jī)理還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識。相對來說，NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)發(fā)展相對較為成熟。由于后期非均相Fenton體系能直接利用NZVI腐蝕產(chǎn)生的Fe2+，彌補(bǔ)傳統(tǒng)均相Fenton技術(shù)存在的不足，同時(shí)該復(fù)合技術(shù)所用試劑的綠色無污染特性以及對污染物較高的礦化效率，使得從事不同NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)研究的大多數(shù)學(xué)者更青睞于NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)，這也使得該復(fù)合技術(shù)在未來實(shí)際的工程應(yīng)用方面呈現(xiàn)良好的應(yīng)用前景。

2 NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)降解典型環(huán)境污染物的應(yīng)用

2.1 鹵代有機(jī)物

鹵代有機(jī)物（HOCs/RX）在工業(yè)上具有廣泛應(yīng)用，它們多數(shù)難降解并對環(huán)境中包括人類在內(nèi)的生物存在潛在的“三致效應(yīng)”（致癌、致畸、致突變）[6，19，47]。NZVI已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境中有機(jī)鹵化物的去除。然而部分鹵代有機(jī)物不完全降解形成的中間產(chǎn)物常常表現(xiàn)出對生物更大的毒性，這也限制了NZVI的進(jìn)一步應(yīng)用[48]。研究表明，NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)能夠有效礦化含鹵有機(jī)污染物，其與RX反應(yīng)機(jī)理為：NZVI通過對污染物加氫脫鹵或還原脫鹵，使RX部分或完全轉(zhuǎn)變?yōu)椴缓u的有機(jī)中間產(chǎn)物（RH），同時(shí)在反應(yīng)過程中形成的OH·可將RX/RH氧化成CxHyOz、CO2和H2O等[7，11，49]。而NZVI/生物復(fù)合技術(shù)中，微生物能夠逐步利用NZVI還原體系產(chǎn)生的活性氫為電子來源及RX/RH為碳源或能源進(jìn)一步促進(jìn)對有機(jī)物的降解[50]。

ZHANG等[49]利用ZVI-碳/電化學(xué)復(fù)合技術(shù)降解2,4-二氯酚（2,4-DCP）（圖5），120min，復(fù)合體系對2,4-DCP降解效率和礦化效率分別為95%和47.5%。KIM等[50]利用NZVI/Sphingomonas sp.PH-07微生物復(fù)合技術(shù)可徹底降解十溴聯(lián)苯醚，產(chǎn)物為對環(huán)境危害性較低的小分子有機(jī)酸。

圖5 ZVI-碳/電化學(xué)復(fù)合技術(shù)對2,4-DCP降解機(jī)理和路徑圖[49]

目前，復(fù)合技術(shù)降解鹵代有機(jī)物的研究多集中在含氯有機(jī)物上，而對溴化有機(jī)物和氟化有機(jī)物的相關(guān)研究還較少。故在今后，對含溴和含氟有機(jī)污染物降解機(jī)理的研究也是眾多學(xué)者努力的方向。

2.2 硝基芳香化合物

硝基芳香化合物（NACs）廣泛用作炸藥和染料中間物的合成，大多數(shù)硝基有機(jī)物具有較高的毒性，即使低濃度下仍然會對包括人類在內(nèi)的生物有潛在致癌性[51-53]。研究表明，由于硝基基團(tuán)的存在，傳統(tǒng)處理技術(shù)包括生物處理、化學(xué)氧化很難有效的降解硝基有機(jī)物[54]。但NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)通過前期Fe0對硝基基團(tuán)的還原及后期的化學(xué)氧化，表現(xiàn)出對芳香族硝基化合物較高的降解效率[55-56]。從LI和SHEN等[11，56-57]對NACs的降解研究中可得出，復(fù)合技術(shù)與NACs反應(yīng)機(jī)理如式(6)～式(9)。

ZHU等[55]考察不同粒徑的NZVI/生物復(fù)合技術(shù)降解對氯硝基苯（p-ClNB），發(fā)現(xiàn)NZVI/生物復(fù)合技術(shù)對p-ClNB的降解效率是相同條件下單獨(dú)生物技術(shù)的1.5～5.7倍。BARRETO-RODRIGUES 等[57]考察ZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)去除2,4,6-三硝基甲苯，COD去除率95.5%，污染物毒性降低了95%。

2.3 染料

雖然之前研究表明NZVI技術(shù)適用于處理染料廢水，然而該技術(shù)并不能將染料有效礦化。NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)可以彌補(bǔ)單獨(dú)應(yīng)用NZVI對染料的低礦化效率等問題，其降解染料機(jī)理[12，58-59]為：NZVI和染料反應(yīng)使—N=N—鍵等發(fā)色基團(tuán)破裂分解，或促進(jìn)染料的小分子片段的分離，未降解染料及其中間產(chǎn)物被后期反應(yīng)體系進(jìn)一步氧化或還原為小分子物質(zhì)。YANG等[12]利用Fe3O4-RGO負(fù)載的NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)降解染料亞甲基藍(lán)，60min對染料的去除效率達(dá)98.0%，礦化效率為46.8%，而單獨(dú)應(yīng)用NZVI對染料的去除效率僅5%。

2.4 硝酸鹽

近年來，NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)去除硝酸鹽（NO3?）也得到廣泛的研究[36，60]。如PAN等[36]考察NZVI/TiO2/UV光催化復(fù)合技術(shù)去除NO3?，發(fā)現(xiàn)在30min，復(fù)合技術(shù)對NO3?的去除效率達(dá)到95%，且大約有40%的NO3?轉(zhuǎn)化為N2，而單獨(dú)NZVI體系生成N2的NO3?比例只有10%。雖然復(fù)合技術(shù)能夠顯著提高產(chǎn)物N2含量，然而由于形成的氨氮對水體的污染較大，故復(fù)合技術(shù)去除硝酸鹽仍然存在一定的缺陷。如何大幅提高N2的生成比例也是今后眾多學(xué)者所面對的挑戰(zhàn)。

NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)除用于上述典型環(huán)境污染物去除外，還可用于抗菌藥物如阿莫西林[10]以及重金屬或類金屬的去除[61-62]，具有廣泛的應(yīng)用。

3 納米鐵強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用

實(shí)際工程應(yīng)用方面，對這些復(fù)合技術(shù)的研究還較少。ZHA等[9]用NZVI/Fenton復(fù)合技術(shù)降解被抗菌藥阿莫西林（AMX）污染的廢水，結(jié)果顯示，在60min，復(fù)合技術(shù)對AMX的降解效率達(dá)到80.5%。MA等[63]利用ZVI/Pd/生物復(fù)合技術(shù)對工業(yè)廢水分別進(jìn)行小試試驗(yàn)、中試試驗(yàn)及工程試驗(yàn)處理研究，不同規(guī)模試驗(yàn)對廢水的處理結(jié)果如表2，與單獨(dú)生物處理技術(shù)相比，ZVI/生物復(fù)合技術(shù)中試試驗(yàn)BOD、COD、氨氮、總磷去除和脫色效率分別提高了1.24倍、1.22倍、5.53倍、1.83倍和1.20倍，復(fù)合技術(shù)中試試驗(yàn)反應(yīng)裝置如圖6。

表2 ZVI/生物復(fù)合技術(shù)與單獨(dú)生物技術(shù)對廢水處理效果[63]

由于實(shí)際水體污染成分相對較復(fù)雜，有些成功用于實(shí)驗(yàn)室模擬廢水處理的復(fù)合技術(shù)并不適用于實(shí)際污染地下水或工業(yè)廢水的處理。因此，在今后對NZVI復(fù)合技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際水體的研究還需廣大學(xué)者不斷進(jìn)行探索和嘗試。

4 結(jié)語及展望

綜上所述，NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)不僅能夠應(yīng)用于環(huán)境中多種難降解污染物的高效去除，同時(shí)還可將污染物礦化為對環(huán)境無害的小分子物質(zhì)，顯著降低污染物對環(huán)境和人體的危害，呈現(xiàn)良好的應(yīng)用前景。

圖6 ZVI/生物復(fù)合技術(shù)中試試驗(yàn)裝置示意圖[63]

NZVI強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)今后研究重點(diǎn)和應(yīng)用方向?yàn)椋貉芯繌?fù)合技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際地下水的小型原位或異位工程修復(fù)試驗(yàn)，以復(fù)合技術(shù)作為工業(yè)廢水的預(yù)處理并結(jié)合后續(xù)的生物處理過程，提高降解效率和降低工程操作成本。改進(jìn)反應(yīng)試劑的投加方式，以順序投加替代多種試劑共同投加，從而降低復(fù)合技術(shù)所用試劑投加成本和提高其反應(yīng)效率。開展NZVI復(fù)合技術(shù)應(yīng)用于更多種類污染物的去除，重點(diǎn)針對低碳鹵代烴等難降解染物的研究，并建立相應(yīng)的降解機(jī)制數(shù)據(jù)庫。

符 號 說 明

AB24—— Acid Black 24，偶氮染料：酸性黑24

AMX—— amoxicillin，阿莫西林

BOD—— biochemical oxygen demand，生化需氧量

CMP—— 4-chloro-3-methyl phenol，4-氯-3-甲基苯酚

COD—— chemical oxygen demand，化學(xué)需氧量

4-CP—— 4-chlorophenol，4-氯酚

CxHyOz—— 小分子有機(jī)物

2,4-D—— 2,4-dichlorophenoxyacetic acid，2,4-二氯苯氧

乙酸

2,4-DCP—— 2,4-dichlorophenol，2,4-二氯酚

HOCs—— halogenated organic compounds，鹵代有機(jī)物

MB—— methylene blue，亞甲基藍(lán)染料MO—— methyl orange，甲基橙偶氮染料

NACs—— nitroaromatic compounds，硝基芳香化合物

NH3-N—— 氨氮

p-CINB—— p-chloronitrobenzene，對氯硝基苯

P—— 總磷

PNP—— p-nitrophenol，對硝基酚

RZ B-NG—— industrial azo dye：Rosso Zetanyl B-NG，工業(yè)偶氮染料

RGO—— reduced graphene oxide，還原氧化石墨烯

TCE—— trichloroethylene，三氯乙烯

US—— ultrasonic，超聲波

UV—— utraviolet，紫外光

X—— 鹵元素

參 考 文 獻(xiàn)

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研究開發(fā)

Application of enhanced composite technologies of nano zero-valent iron in the treatment of water pollution

LIU Peng1，WANG Xiangyu1，MA Jun2，LIU Huiling2
（1Faculty of Environmental Science and Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，Yunnan，China；2School of Municipal and Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，Heilongjiang，China）

Abstract：Enhanced composite technologies of nano zero-valent iron（NZVI） have received extensive attention due to their satisfactory mineralization for persistent pollutants. This paper summarizes the basic categories of enhanced composite technologies，including NZVI/Fenton technology，NZVI/ electrochemistry technology，NZVI/TiO2photocatalysis technology，and NZVI/biology technology. These composite technologies could improve the utilization of reagents，but researches about field experiments of wastewater treatment are rarely conducted. Meanwhile，the latest researches of the enhanced composite technologies for degradation of typical pollutants（e.g. halogenated organic compounds，nitroaromatic compounds，dyes and nitrate） were reviewed. The degradation mechanism and efficiency for pollutants were mainly presented. Several practical remediation cases showed a remarkable removal of pollutants compared with the sole technology. The prospects of the enhanced composite technologies include improving addition method of the used reagents，and focus on the removal of low carbon halohydrocarbons，build database on degradation mechanism.

Key words：nanoparticles；enhanced composite technologies；reduction；radical；electron transfer

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51368025，51068011）。

收稿日期：2015-09-14；修改稿日期：2015-10-29。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.041

中圖分類號：O 643；TQ 031；X 506

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000–6613（2016）03–0926–09

第一作者：劉鵬（1990—），男，碩士研究生。聯(lián)系人：王向宇，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail famdct@sohu.com。