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Fenton试剂在水处理中的应用研究

范文

叶维浩

摘要：Fenton试剂在处理难降解有机污染物时具有独特的优势，是一种很有应用前景的废水处理技术。文章介绍了该技术的发展过程、主要类型及应用现状，并对其在废水处理中的优缺点和发展趋势做出了评述。

关键词：Fenton試剂；水处理；应用

Fenton试剂是由H2O2和Fe混合得到的一种强氧化剂，特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。因具有反应迅速、温度和压力等反应条件缓和且无二次污染等优点，近30年来，其在工业废水处理中的应用越来越受到国内外的广泛重视。

一、简述Fenton试剂处理效率的影响因素

1、pH值

因Fe受制于溶液的pH值，所以Fenton试剂只在酸性条件下发生作用，无法在中性和碱性环境中催化H202产生·OH。研究者普遍认为，氧化废水处理效果较好是pH值在2～4范围内时，在pH=3时效果最佳。在采用Fenton试剂处理纺织废水时发现，当pH值增加并超过3时，废水中的COD迅速升高，从而得到最优点pH=3。在此条件下，COD的去除率达到80%。在催化剂投加与TOC去除浓度的表现中，当催化剂投加质量浓度较高的情况下，TOC去除浓度的去除效果更好。

2、试剂配比

在Fenton反应中，Fe是催化H202产生自由基的必要条件，起催化剂的作用。在无Fe条件下，H202难于分解产生自由基。当Fe浓度很低时，自由基的产生量小，产生速度慢，限制整个过程。当Fe浓度过高时，会将H202还原且被氧化成Fe，增加色度。研究了不同[Fe]/[ H202 ] 比值对反应的影响。在[ Fe]/[ H202] = 2 环境中，当有机物不存在时，Fe在几秒内消耗完。有机物存在时，Fe的消耗大大受到限制（如图2）。但有机物存在与否，H202都在反应开始的几秒内被完全消耗。这表明，在高[ Fe]/[ H202比值条件下，消耗H202产生·OH自由基的过程在几秒内进行完毕。

3、反应温度

根据反应动力学原理，反应速度随温度的增加而加快。但对于Fenton 试剂这样的复杂反映体系，温度升高，加速了正反应的进行，也加速副反应。因此，温度对Fenton试剂处理废水的影响复杂。适当的温度可激活·OH自由基，温度过高会使H202分解成H2O和O2。用Fenton试剂处理退浆废水时发现，最佳的反应温度在30℃，低于该温度出水的COD迅速升高。这可能是由FeSO4/ H202的反应缓慢造成的。

二、探讨Fenton试剂在水处理中的应用

Fenton试剂在废水处理中的应用可分为两个方面，一是单独作为一种处理方法氧化有机废水，二是与其他方法联用，如与混凝沉降法，活性炭法，生物处理法等联用。

（一）单独处理方法

自1964年加拿大学者H.R.Eisenhauer首次使用Fenton试剂处理苯酚废水和烷基苯废水以来，Fenton被广泛应用与各类水的处理中，以下略举二例：

1.Fenton法处理垃圾渗滤液

垃圾渗滤液是一类含有多种有毒有害的难降解有机物的废水，传统的生化处理法虽常用来处理渗滤液，但因其处理效果远不及对城市污水的处理。化学氧化法可分解这些难降解的有机物，从而提高废水的可生化降解性。Fenton试剂因其能够产生极强氧化性的HO·自由基而被认为是处理渗滤液的一种替代方法。它因费用低廉、操作简便而受到人们的重视。试验表明，当双氧水与亚铁盐的总投加比一定（[Fe2+]/[H2O2]=1/3）时，COD的去除率随双氧水投加量的增加而增加，但与双氧水在两个氧化槽的投加比例无关。当双氧水的总投加量为0.1mol/L时，COD的去除率可达67.5%，这一结果同样适用于其他垃圾填埋场的晚期渗滤液处理。

2.Fenton试剂处理活性黑KBR染料废水

活性黑染料废水溶性良好，可生物降解性差，对环境污染严重，采用Fenton试剂可有效的去除水中的色度和COD，当染料浓度为400mg/L，双氧水投量为0.4ml/L，硫酸亚铁投量为300mg/L时，可获得96%脱色率和70%COD去除率。反应最佳pH值为3～5。紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应；H2O2++O2，H2O2+UV+O2，H2O2+Fe2++UV+O2等

方法引入了氧气，加入氧气可节约过氧化氢的用量，降低处理成本。其反应机理主要为：（1）氧气吸收紫外光后可生成臭氧等次生氧化剂。（2）氧气通过诱导自氧化加入到反应链中。

光助Fenton氧化处理PVA退浆废水便是在Fenton反应体系中辅以紫外光和可见光辐射，使其氧化效率比传统Fenton反应得到较大的提高。其具有的高效率是由于Fe2+和有机物、H2O2等组成的络合物在光辐射下能迅速还原生成Fe（Ⅱ）的结果。PVA的去除是通过铁盐和PVA形成的大分子络合物的直接降解而进行的。

（二）与其他方法联用

日本进行了大量的联用技术研究，主要集中在与生物法的联用。Kokai用Fe2++H2O2+曝气系统对甘醇废水进行预处理，然后再接活性污泥法可去除99%的COD。另一种常见的方法是A-HiPO，即酸性凝聚过氧化氢氧化法。该法由酸性凝聚和过氧化氢氧化两部分组成，酸性凝聚去除废水中以COD为主要成分的高分子化合物，过氧化氢氧化去除较低分子的有机化合物，所使用的铁催化剂可回收作为凝聚剂，该法适用范围广，能深度去除废水中的COD。近年来又出现了一种新颖的Fenton试剂处理废水技术，氧化偶合混凝法。所谓氧化偶合，就是废水中的有机污染物在氧化剂的作用下发生偶合或聚合，形成分子量不太大的偶合或聚合产物，从而改变它们在水中的溶解性能及混凝沉降性能，然后通过混凝过滤去除。实验结果表明低剂量的Fenton试剂氧化偶合混凝法可有效去除废水中的各类酚。当TOC为200mg/L，过氧化氢投加量为100mg/L时，TOC去除率在40%～70%之间。偶合反应与有机物种类关系不大，其产物是通过C-C键联接而成。

参考文献：

[1]苑宝玲，王红杰. 水处理新技术原理与应用[M]. 北京：化学工业出版社，2006，4：14-21.

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[3] 熊忠，林衍. Fenton氧化法在废水处理中的应用[J]. 新疆环境保护， 2002， 24（2）：35-39

[4] 刘勇弟，王华星，朱亚新. Fenton试剂氧化偶合混凝法处理含酚废水的机理研究[J]. 中国环境科学，1994 ，14（5）：341 – 3451.

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