Fenton 試劑與其他技術聯(lián)合在廢水處理中的應用
[摘 要] Fenton 試劑是H2O2 和Fe2 + 混合得到的一種強氧化劑,近十幾年來在廢水處理中的應用正得到越來越多的關注,但是單獨使用Fenton 試劑處理廢水成本會很高,而且有機物的礦化程度不高,而更有效的方法是將Fenton 試劑與其他技術聯(lián)合處理廢水,本文系統(tǒng)地介紹了電- Fenton 法、光- Fenton 法、超聲- - Fenton 法、吸附- Fenton 法、微波- Fenton 法、混凝- Fenton 法等在廢水處理中的研究和應用現(xiàn)狀,并展望了今后的重點研究方向。
[關鍵詞] 聯(lián)合技術 Fenton 試劑 廢水處理
Fenton 試劑是一種強氧化劑,是H2O2 和Fe2 + 的混合物,它是1894 年H. J . H. Fenton 發(fā)現(xiàn)的。最初, Fenton 試劑主要運用于酶反應、·OH 自由基對細胞影響的研究。近十幾年,人們將其運用于廢水處理中。研究表明,Fenton 試劑幾乎可以氧化所有的有機物,傳統(tǒng)水處理技術無法除去的難降解有機物都能被Fenton 試劑氧化而去除,所以它有著廣闊的應用前景,既可以作為廢水的預處理,又可以作為最終深度處理,達到出水水質(zhì)要求。
一、Fenton 試劑處理有機廢水的機理
Fenton 試劑之所以具有很強的氧化能力,是因為其中含有H2O2 和Fe2 + ,H2O2 被Fe2 + 催化分解生成羥基自由基(· OH) ,并引發(fā)更多的其他自由基,其反應機理如下[ 1 ] :
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整個體系的反應十分復雜,其關鍵是通過Fe2 + 在反應中起激發(fā)和傳遞作用,使鏈反應能持續(xù)進行直至H2O2 耗盡。以上鏈反應產(chǎn)生的羥基自由基具有如下重要性質(zhì)[ 2 ] :
(1) 羥基自由基(·OH) 是一種很強的氧化劑,其氧化電極電位為2. 80V ,僅次于F2 ;
(2) 具有較高的電負性或電子親和能(569. 3kJ ) ,容易進攻高電子云密度點,同時·OH 的進攻具有一定的選擇性。
(3) ·OH 具有加成作用。Fenton 試劑處理有機物的實質(zhì)就是羥基自由基與有機物發(fā)生反應。
二、Fenton 試劑與其他技術聯(lián)合在廢水處理中的應用
雖然Fenton 試劑在處理難生物降解或一般化學氧化難以奏效的有機廢水時有其他方法無法比擬的優(yōu)點,但是單獨使用Fenton 試劑處理廢水成本會很高,而且有機物的礦化程度不高,所以人們研究并應用了Fenton 試劑與其他技術聯(lián)合處理廢水的方法,目前的研究成果有:電- Fenton 法、光 - Fenton 法、超聲- Fenton 法、吸附- Fenton 法、微波- Fen2 ton 法、混凝- Fenton 法等。
(一) 電- Fenton 法。電- Fenton 法的實質(zhì)是把用電化學法產(chǎn)生的Fe2 + 和H2O2 作為Fenton 試劑的持續(xù)來源。電 - Fenton 法的優(yōu)點是自動產(chǎn)生H2O2 的機制比較完善;H2O2 利用率高;導致有機物降解的因素較多,除了羥基自由基· OH 的氧化作用外,還有陽極氧化、電極吸附等。電- Fenton 法基本分為以下四類[ 3 ] :
(1) EF - H2O2 法。又稱陰極電- Fenton 法,即把氧氣噴到電解池的陰極上,使還原為H2O2 ,H2O2 與加入的Fe2 + 發(fā)生Fenton 反應。該法不用加H2O2 ,有機物降解很徹底,不易產(chǎn)生中間毒害物。但由于目前所用的陰極材料多是石墨、玻璃炭棒和活性炭纖維,這些材料電極效率低, H2O2 產(chǎn)量不高。
(2) EF - Feox 法,又稱犧牲陽極法。電解情況下與陽極并聯(lián)的鐵被氧化成Fe2 + ,Fe2 + 與加入的H2O2 發(fā)生Fenton 反應。在EF - Feox 體系中導致有機物降解的因素除·OH 外, 還有Fe (OH) 2 、Fe (OH) 3 的絮凝作用,即陽極溶解出的活性 Fe2 + 、Fe3 + 可水解成對有機物有強絡合吸附作用的Fe (OH) 2 、Fe (OH) 3 。該法對有機物的除去效果高于EF - H2O2 法,但需加H2O2 ,且耗電能,故成本比普通Fenton 法高。
(3) FSR 法,又稱Fe3 + 循環(huán)法。FSR 系統(tǒng)包括一個Fen2 ton 反應器和一個將Fe (OH) 3 還原為Fe2 + 的電解裝置。 Fenton 反應進行過程中必然有Fe3 + 生成,Fe3 + 與H2O2 反應生成活性不強的HO2·,從而降低H2O2 的有效利用率和·OH 產(chǎn)率。FSR 系統(tǒng)可加速Fe3 + 向Fe2 + 的轉(zhuǎn)化,提高了·OH 產(chǎn)率。該法的缺點是pH 操作范圍窄,pH 必須小于1 。
(4) EF - Fere 法。該法與FSR 法的原理基本相同,不同之處在于EF - Fere 系統(tǒng)不包括Fenton 反應器,Fenton 反應直接在電解裝置中進行。該法pH 操作范圍大于FSR 法,要求pH 必須小于2. 5 ;電流效率高于FSR 法。
(二) 光- Fenton 法。針對普通Fenton 法的缺點,人們把紫外線引入Fenton 體系, 形成了UV/ Fenton 法。UV/ Fenton 法實際是Fe2 + / H2O2 與UV/ H2O2 兩種系統(tǒng)的結(jié)合, 該系統(tǒng)具有的明顯的優(yōu)點是[ 4 ] : (1) 可降低Fe2 + 的用量,保持H2O2 較高的利用率; (2) 紫外光和亞鐵離子對H2O2 催化分解存在協(xié)同效應,即H2O2 的分解速率大于Fe2 + 或紫外光催化H2O2 分解速率的簡單加和; (3) 此系統(tǒng)可使有機物礦化程度更充分; (4) 有機物在紫外線作用下可部分降解。UV/ Fenton 法具有很強的氧化能力,能有效地分解有機物,且礦化程度較好。但其利用太陽能的能力不強,處理設備費用也較高,能耗大。另外,UV/ Fenton 法只適宜于處理中低濃度的有機廢水。這是由于有機物濃度高時,被Fe ( Ⅲ) 絡合物所吸收的光量子數(shù)很少,并需很長的輻射時間,而且H2O2 的投入量也會增加,同時·OH 易被高濃度H2O2 所清除。因此有必要在UV/ Fenton 體系中引入光化學活性較高的物質(zhì)。光 - Fenton 法下一步的發(fā)展方向應是加強對聚光式反應器的研制,以便提高照射到體系中的紫外線總量,達到降低運行成本的目的。
(三) 超聲- Fenton 法。超聲波是指頻率高于20kHz 的聲波,將其應用于水處理領域只是近10 年的事情,它主要用來加速降解水中難降解的有毒有機污染物,是一種高級催化氧化水處理技術。超聲波廢水處理主要在于超聲空化作用產(chǎn)生的局部高溫、高壓。在超聲波作用下,溶液產(chǎn)生空化泡并迅速崩潰,整個過程發(fā)生在ns —μs 時間內(nèi),從而在空化泡內(nèi)產(chǎn)生異常的高溫( 高于5000K) 和高壓(高于50MPa) 。因此,可以對水中污染物直接進行熱解作用,另外,在這高溫高壓環(huán)境下產(chǎn)生氧化電位很高的羥基自由基,它可以對許多有機物進行氧化反應,達到降解污染物和去除COD 的作用[ 5 ]。在超聲/ H2O2 體系中加入催化劑,其超聲降解效果更佳,且 COD 去除率更高。
(四) 混凝- Fenton 法。王九思等[ 6 ] 采用絮凝沉淀— Fenton 氧化法對印染廢水進行處理,篩選最佳的絮凝條件及氧化條件, 實驗結(jié)果表明, 此法可使印染廢水的COD 從 1400mg/ L 降至70mg/ L 以下/ ,廢水COD 與色度去除率分別為95 %和97 % ,出水達到排放標準,此法具有去除率高, 設備簡單,占地面積小,操作方便,不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點。
(五) 吸附- Fenton 法此法常用的吸附劑是活性炭,也有報道用粉煤灰、樹脂的；钚蕴渴怯晌⑿〗Y(jié)晶部分和非結(jié)晶部分混合組成的碳素物質(zhì),平均孔徑為1 ×10 - 23 ×10 - 2 ,比表面積為5002500m2/ g ,活性炭表面含有大量酸性或堿性基團,這些酸性或堿性基團的存在,特別是羥基、酚羥基的存在使活性炭不僅具有吸附能力,而且具有催化作用。
(六) 微波- Fenton 法目前微波輻射消除污染物的研究還處于實驗室階段,國外文獻報道較少,國內(nèi)趙景聯(lián)等對微波輻射與Fenton 試劑催化氧化法相結(jié)合降解水中三氯乙烯進行了研究。結(jié)果表明,在Fenton 試劑摩爾比為60 ,Fenton 試劑用量10 %、反應時間12min、微波功率750W 的最佳條件下,三氯乙烯脫氯率可以達到87. 08 %。
三、結(jié)語
綜上所述,Fenton 聯(lián)用技術能有效地降解化學污染物,在有機廢水處理中降低COD 的效果好,因此具有良好的應用前景。但Fenton 聯(lián)用技術降解水中有機污染物的研究目前主要集中在實驗室,實現(xiàn)工業(yè)化廣泛應用還需做大量的研究工作。今后的研究方向為: (1) 根據(jù)各種廢水的特點,開發(fā)性能價格比合適的Fenton 聯(lián)用廢水處理技術; (2) 在現(xiàn)有的研究工作基礎上進一步擴大研究范圍,采用實際水樣進行連續(xù)處理。
[參考文獻]
[1 ]李明玉等. 脫氨- 催化氧化- 吸附聯(lián)合工藝處理苯胺類廢水的研究[J ] . 給水排水. 2003 ,29 (1) :52.
[ 2 ]劉勇弟,徐壽昌. 幾種類Fenton 試劑的氧化特性及在工業(yè)廢水處理中的應用[J ] . 上海環(huán)境科學,1994 ,13 (4) :1.
[ 3 ]張乃東,鄭威,彭永臻. 電Fenton 法處理難降解有機物的研究進展[J ] . 上海環(huán)境科學,2002 ,21 (7) :440 - 441.
[ 4 ]張乃東,鄭 威. Fenton 法在水處理中的發(fā)展趨勢[J ] . 化工進展, 2001 , (12) :1.
[ 5 ]郭照冰等. 超聲與其他技術聯(lián)合在廢水處理中的應用[J ] . 工業(yè)水處理,2003 ,23 (7) :8.
[6 ] 王九思,韓相恩,趙紅花. 絮凝沉淀- Fenton 氧化法處理印染廢水[J ] . 蘭州鐵道學院學報(自然科學版) ,2001 ,20 (6) :68.
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