Fenton氧化技术在废水处理中的应用研究

章鹏鹏

(华北理工大学化学工程学院，河北　唐山　063009)



Fenton氧化技术在废水处理中的应用研究

章鹏鹏

(华北理工大学化学工程学院，河北唐山063009)

Fenton氧化是一种高级氧化技术，其产生的·OH可以氧化废水中的有机物，广泛的应用于降解高危害、难降解的污染物。本文介绍了Fenton氧化反应的机理及影响因素，综述了其在化工、制药、垃圾渗滤液等废水处理领域的应用进展，为今后此技术的分析和研究奠定了理论基础。研究表明，在适宜的条件下(pH、H2O2与Fe2+物质的量比、反应时间等)，利用Fenton氧化技术处理废水效果显著，出水的COD等指标均有明显降低。

Fenton氧化；废水处理；影响因素

随着我国工业化进程的快速发展，环境污染问题日益突出，水环境的污染状况严峻。我国废水排放标准也在不断提高，这就要求污水处理能力的提高，从而使水达标排放。工业废水中往往含有高浓度、高危害的污染物，单纯采用常规的物理生物处理技术不能满足要求。尤其是当废水中含有有毒有害物质时，难以利用生物法处理，需要更高级的物理化学方法。近年来，Fenton氧化这种高级氧化技术广泛应用于难降解污染物的处理，取得了很好的效果，引起了广大学者的研究。Fenton氧化技术具有操作简单、氧化速率高、不产生二次污染等优点，有非常好的应用前景。

1　Fenton氧化反应的机理

Fenton氧化降解有机物污染物主要为两个过程：Fe2+与H2O2作用产生·OH和·OH氧化降解有机化合物。Fenton氧化反应过程如下[1]：

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Fenton氧化第一过程中生成的·OH有非常高的氧化电极电位，可以分解常规方法无法分解的有机物，通过电子转移等途经将废水中的有机物氧化分解为CO2和水等无机分子，达到降解有毒有害物质的目的。其基本作用机理如下：Fe2+与H2O2反应生成氧化能力很强的羟基自由基，同时生成Fe3+。Fe3+与H2O2反应缓慢地生成Fe2+，Fe2+再与H2O2迅速反应生成·OH，·OH与有机物RH反应生成有机R·自由基，R·进一步氧化，最终有机物碳链发生裂变，被氧化为CO2和水，显著降低废水的COD值[2]。

2　Fenton氧化反应的影响因素

2.1pH值

pH值对Fenton氧化处理废水的处理效果有较大的影响。pH过高或过低都不利于·OH的生成，当碱度过高时会抑制Fe2+与H2O2的作用，并且Fe3+的溶解度降低，导致生成的·OH 减少。pH值过低时溶液中H+浓度过高，影响Fe2+向Fe3+的转化，从而抑制羟基自由基的产生。一般认为Fenton氧化的最佳pH在3左右，根据相关研究报道，稳定的羟基自由基产生的pH范围为3～5，在此pH范围内，·OH有较高的氧化电势，有利于去除废水中有机物。

2.2[H2O2]/[Fe2+]

H2O2与Fe2+投加的物质的量比对废水处理效果有很大影响。·OH的生成量随着H2O2投加量的增大而增加，COD去除率也随之增大。当H2O2投加量超过一定范围，过量的H2O2会与·OH反应，抑制氧化反应的进行，过量的双氧水也会对COD的测定造成干扰。

Fe2+的加入对·OH的生成起促进作用，但过量的Fe2+消耗·OH，影响废水处理效果，同时生成的Fe3+对出水的色度造成较为严重的影响。

不同废水水质存在差异，最佳H2O2与Fe2+投加的物质的量比不同[3-5]，具体比值应由实验得出。

2.3反应时间

Fneotn氧化完成所需要的时间主要取决于污水负荷和试剂投加量。对于污染物浓度低的废水，反应时间一般为是0.5～1 h，对于成分复杂、污染物浓度高的废水，氧化完成可能需要数小时[2]。

3　Fenton氧化技术在废水处理中的应用

3.1化工废水

化工废水作为一种难降解的有机废水，其一般具有COD值高、有毒有害物质种类多的特点，处理难度较大。陈前等[3]进行了Fenton试剂处理草酸化工废水的研究，草酸生产废水具有较高的COD值和色度，呈现强酸性，并且含有高浓度的氯离子，成分复杂，处理难度大。实验探讨了温度、Fenton试剂投加量、加碱性量、PAM投加量对废水处理效果的影响。实验发现在普通自然条件下加入Fenton试剂后反应一段时间，上清液COD值不降反而升高。可能是由于隐性COD，加入的H2O2破坏了废水中有机大分子而导致COD 升高。也可能是H2O2自身被氧化干扰了COD的测定。实验表明，在pH为3，温度为40 ℃，投加2% 双氧水(H2O2与Fe2+物质的量比为1:4)条件下，COD从4876 mg/L降为1080 mg/L，COD总去除率达78%。PAM的加入对实验结果影响不大。

3.2制药废水

制药废水往往COD值高，含有大量的生物抑制剂，常规的生化方法无法处理。苏荣军[4]等采用絮凝-芬顿氧化法处理制药废水，探索了PAC、PAM的预处理效果和Fenton试剂配比、投加量、pH等因素对实验效果的影响，确定了废水处理的最佳工艺参数。直接采用Fenton氧化处理废水时， pH=3，H2O2/Fe2+的物质的量比为3:1，FeSO4·7H2O投加量为5 mmol/L时效果最佳，COD去除率达82.7%。采用絮凝—氧化法时，最佳处理条件为：PAC投加量为0.8 mg/L，PAM投加量为6 μg/L，H2O2/Fe2+的物质的量比为3.5:1，FeSO4·7H2O投加量为1.62 mmol/L，pH=3时，COD总去除率达82.04%。分析得出，利用Fenton氧化技术处理制药废水效果良好，用絮凝—氧化法能显著减少试剂的投加量，节约成本。

3.3垃圾渗滤液

垃圾填埋场产生的渗滤液难降解有机物浓度高，成分复杂，含有一些重金属离子，常规的生物法处理效果不佳。王春霞等[5]针对垃圾渗滤液特点对其进行光电芬顿氧化法深度处理的研究，在电芬顿的基础上引入紫外灯，紫外光可诱导产生大量的·OH，处理效果更好。实验表明，在活性炭纤维做阴极，电流强度为0.5A，pH=3，Fe2+浓度为1 mmol/L，纯氧通入量为250 mL/min的条件下处理COD和TOC分别为860 mg/L、287 mg/L的垃圾渗滤液6 h，其COD 去除率达62.8%，TOC去除率达78.9%，色度完全去除。秦乐乐[6]针对渗滤液MBR出水和NF排浓水中残留的有机物进行研究，采用多种Fenton技术的组合，经处理后渗滤液COD、色度等有机物指标均有大幅度下降，尤其是采用Fenton和紫外光Fenton组合的方式，可经济高效的去除废水中有机物，COD去除率达90%以上，可生化性提高至0.3左右，得到了良好的处理效果。

4　结　语

Fenton氧化作为一项高效废水处理技术，以操作简单、氧化速率高、不产生二次污染等优点得到了更多人的研究，应用前景广阔。Fenton氧化技术可以有效地降解废水中难降解污染物，提高废水可生化性，为后续生物处理提供有利条件。联合混凝等方法，可以取得更好的处理效果，降低处理成本。值得注意的是，应用Fenton氧化处理浓度特别高的废水时，彻底氧化有机污染物需要的Fenton试剂投加量很大，处理成本较高，值得继续研究。随着研究的不断加深，Fenton氧化技术将更加成熟，应用将更加广泛。

[1]雷乐成,汪大翚.水处理高级氧化技术[M].北京:化学工业出版社,2001:19-20．

[2]张中杰.混凝-Fenton试剂法处理油田采油废水技术研究[D]. 西安:长安大学,2005:34-39.

[3]陈前,李培, 施国庆. Fenton试剂处理草酸化工废水的实验研究[J].环境科学与管理,2015,40(8):97-100.

[4]苏荣军,王鹏,谷芳.絮凝—芬顿氧化法处理制药污水的研究[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版,2009,25(3):292-300.

[5]王春霞,肖书虎, 赵旭.光电芬顿氧化法深度处理垃圾渗滤液研究[J].环境工程学报, 2009,3(1):11-16.

[6]秦乐乐.基于芬顿原理的高级氧化技术上去除垃圾渗滤液中难降解有机物的研究[D].北京:北京交通大学,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

章鹏鹏(1993-)，男，华北理工大学，2013级环境工程专业本科在读。

X703

A

1001-9677(2016)07-0034-02