芬顿试剂处理有机废水的研究进展

1、芬顿法处理有机废水的研究与应用进展摘 要：芬顿法是一种高级的氧化技术, 具有较高的去除难降解有机污染物的能力。本人分别介绍了普通芬顿法、光-芬顿法以及电-芬顿法的氧化机理，并概述了芬顿法在有机废水处理中的应用进展。关键词：芬顿法 氧化机理 有机废水中图分类号: X703 文献标识码:A1894年，化学家 Fenton HJ 发现，过氧化氢(H2O2 )与二价铁离子 Fe2 +的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，对于其中比较一般的有机物可完全被氧化为无机态，氧化效果十分明显。但因其氧化性极强，难以作为有机合成所需的选择性氧化剂，此后半个多世纪中，人

2、们对这种氧化性试剂的应用并不多。直到进入20世纪70年代，芬顿试剂才在环境化学中找到了它的位置。20世纪70年代，水环境的污染成为世界性难题，而持久性有机污染物(指难降解的有机物)的降解问题，是污染控制化学中的研究重点。环境化学家们不久就发现，已沉寂了半个多世纪的芬顿试剂在氧化降解持久性有机污染物方面有独特的优势。不久芬顿试剂用于氧化降解持久性有机物的报道便不断出现。到目前作为废水的深度氧化法(AOP)中的一主流方法，芬顿试剂的应用范围正在不断扩展。11 芬顿试剂的氧化机理芬顿试剂具有很强的氧化能力在于其中含有Fe2+和H2O2。其反应机理为：Fe2+ H 2O2 Fe3+ ·OH

3、+ OH -Fe3+ H 2O2 Fe2+ ·HO2 + H +Fe2+·OH Fe3+ OH-Fe 3+·HO2 Fe2+ O2 + H +芬顿试剂反应速度快，由于反应条件不同,反应速度会产生一定的差异，但 H2O2的消耗速度是很快的。芬顿试剂反应体系复杂，关键是 H2O2 在 Fe2+催化下生成的·OH，其氧化能力仅次于氟，高达2.80 V。另外，·OH具有很高的电负性或亲电性，其电子亲和能力高达 569.3 kJ ，具有很强的加成反应特性。因此，芬顿试剂可以氧化水中的大多数有机物，适合处理难生物降解和一般物理化学方法难以处理的废水。2Fe

4、nton处理废水的类型 2 . 1普通 Fenton法H2O2在 Fe2 +的催化作用下分解产生·OH，其氧化电位是除元素氟外最强的无机氧化剂，它通过电子转移等途径将有机物氧化分解成小分子。同时, Fe2 +作为催化剂最终被 O2氧化成 Fe3 +，在一定条件下，可有 Fe(OH)3胶体出现，它有絮凝作用，可大量地去除水中的悬浮物。普通Fenton试剂法在黑暗中就能破坏有机物,具有设备投资省的优点。但其存在两个缺点：一是不能充分矿化有机物,初始物质部分转化为某些中间产物，这些中间产物或与Fe3 +形成络合物，或与羟基自由基·OH的生成路线发生竞争,并可能对环境的危害更大;二

5、是 H2 O2的利用率不高。为此人们把紫外线引入 Fenton体系,形成了 UV /Fenton法。2 . 2光-芬顿法普通芬顿法过氧化氢的利用率低,有机物矿化不充分, 如果把光照(紫外光或可见光 )引入标准芬顿体系,可以大大提高其对有机物处理效率及对有机物的降解程度,这种紫外或可见光照射下的 Fenton试剂体系被称为光-Fenton试剂。但光-芬顿试剂的缺点是处理费用较高。详细的反应机理如下：Fe2+ H 2O2 Fe3+ ·OH + OH -Fe(OH)2+Fe2+HO·Fe(OOCR)2+ Fe2+R·+CO2HO·+RHR·+H2OF

6、e2+HO·Fe3+OH-2 . 3 电-芬顿法电-芬顿试剂就是在电解槽中通过电解反应生成 H2O2 或 Fe2+, 从而形成芬顿试剂,并让废水流入电解槽,由于电化学作用,使反应机制得到改善,从而提高了试剂的处理效果。该法综合了电化学反应和芬顿氧化, 充分利用了二者的氧化能力。它与光-芬顿法相比自动产生 H2 O2的机制较完善。导致有机物降解的因素较多, 除·OH 的氧化作用外,还有阳极氧化、电吸附等。具体反应机理如下:3 芬顿法处理有机废水的应用进展3 . 1 普通芬顿法在有机废水处理中的应用安立超等2利用芬顿法对含硝基苯类生产废水进行处理,废水的 CODcr、 硝基苯含

7、量(NB) 及色度的去除率分别达到 60 %、90 %和 82 %以上，废水的可生化性得到较大幅度的提高。余宗学3 用 Fent on法预处理含间二硝基苯生产废水,废水的 CODcr、 硝基苯含量 (NB) 及色度的去除率分别达到 60%、88% 和 82% 以上,废水的可生化性得到较大幅度的提高,为后续处理创造了条件。王滨松等4 研究表明，在 pH为 4、 Fe2 + = 1 mmol /L时， H2O2浓度对于orange BN、navy RGB和 red RGB分别为 700 mg/L、662mg/L和 833 Hig/E。如温度在 80，反应60 min时, orange BN、nav

8、y RGB和 red RGB废水的 COD去除率分别达到 88.9%、98.3%和 93.4%。姜波,李芬,刘硕等5采用 Fenton技术对苯酚废水的处理效果进行了研究,考察了催化剂的用量、氧化剂的用量、粉煤灰的用量和 pH值对芬顿试剂氧化苯酚的影响。研究表明,当 pH值为3, H2O2的加入量为 0.3mol, Fe2+ 的加入量为 0.5mmo1的条件下,反应在10min内基本完成,苯酚的去除率达到97%;当 Fent on试剂的组分不变,粉煤灰投加量为 016g/L时,苯酚降解率在 99%以上,去除效果稳定。欧晓霞等6研究了酸性品红在 Fent on体系中的降解过程，反应 30 min后

9、，在 Fe2 +0 = 0.06 mmol /L、 H2O2 0 =0.3 mmol /L、pH = 3、T = 30 的条件下，初始浓度为 20 mg/L的酸性品红的去除率达到 97%以上。升高反应温度，有利于Fent on体系中酸性品红的降解，但影响并不显著。根据不同温度下的速率常数，并结合 Arrhenius方程求出了 Fent on试剂降解酸性品红的反应活化能，仅为 11.63 kJ /mol。Cl-的存在对酸性品红在 Fenton体系中的降解表现出明显的阻碍作用，并且随着Cl-浓度的增加，抑制作用越来越大；SO42 -和 NO3 -的存在也降低了 Fent on试剂的氧化性能。3 .

10、 2 光-芬顿法在有机废水处理中的应用 钟妮华等6在自然光源下，应用H2O2/草酸铁络合物法对偶氮染料(刚果红,甲基橙)降解过程进行试验研究，且同TiO2和 WO3法进行了对比，以刚果红为目标物，1h后, 该法的降解率达 98.3%，而TiO2法的降解率为 24%，WO法的降解率为 10%。可见，通过日光/草酸铁络合物/ H2O2的作用,可有效净化含染料废水。刘琼玉等7用太阳光助 Fenton体系法氧化降解苯酚废水的研究结果表明,反应的适宜 pH值在 34的酸性范围内,适量 Fe2 +参与的太阳光-Fenton反应有助于苯酚的降解,但 Fe2 +用量过高反而不利于苯酚的降解。采用分批次投加的方

11、式可明显提高H2O2的利用效率,降低H2O2的消耗量。苯酚废水降解的主要中间产物为苯醌和有机酸，一定程度的太阳光-Fent on预氧化处理可使废水的 BOD5 /CODcr比值由 0.10提高到 0.32，可生化性明显提高。张慧俐8在处理合成洗涤剂废水时研究发现，当合成洗涤剂废水 COD值不超 800mg/L时，Fenton试剂在溶液中的最佳量是: Fe2 +浓度 44.5mg/L, H2 O2浓度1656mg/L，最佳 pH 值为 3，紫外光波长范围为 240300nm，经紫外光Fenton试剂法处理后废水如果直接排放，光照时间应不少于 180min，如果后续用生物法进一步处理，光照时间以

12、60120min为宜。3 . 3 电-芬顿法在有机废水处理中的应用吴跃辉等9通过试验，确定了采用紫外光助Fenton法处理浓度为10mg/ L 的苯酚废水，最佳条件为H2O2浓度为0.15mol/ L；FeSO4浓度为0.015mol/ L ；pH = 3.5左右。反应时间40min左右。周广跃等10用电解法对苯酚废水进行了处理，以活性炭纤维为阴极，铁为阳极，并向阴极不断通人空气，电解过程中生成的 H2O2与阳极溶解的 Fe2 +形成 Fenton试剂，在最佳试验条件下，苯酚的去除率能够达到 90%以上，取得了很好的去除效果，并且有效地降低了Fenton试剂的成本。4 结语芬顿法在有机废水处理

13、中有着重要的地位，有着其他工艺无法相比的优点。本文根据前人的研究列出了普通芬顿、光-芬顿、电-芬顿的反应机理与应用进展。Fenton法处理有机废水，反应迅速且分解氧化彻底，因此该技术将越来越受到重视并不断完善和发展。5 参考文献1 伏广龙,徐国想,祝春水等.芬顿试剂在废水处理中的应用J. 环境科学与管理,2006.318:133-135.2安立超,余宗学,严学亿等. 利用芬顿试剂处理硝基苯类生产废水的研究J.环境科学与技术, 2001 . 24.3余宗学.利用 Fenton试剂预处理间二硝基苯生产废水J.环境污染与防治, 2002.24 (5)：282 - 284 .4王滨松,黄君礼,张杰.Fenton试剂氧化活性染料废水的研究J.哈尔滨工业大学学报, 2005.37 ( 9) :1280 - 1282 .5 姜波,李芬,刘硕等. 芬顿试剂处理苯酚废水的实验研究J.黑龙江环境通报.2009.33(4):15-16,22.5 欧晓霞,张凤杰,王崇等.芬顿氧化法处理水中酸性品红的研究J.环境工程学报,2010.4(7):1453-1456.6钟妮华,许嘉琳,薛纪渝.日光作用下草酸铁/过氧化氢体系中偶氮染料降解的试验研究J.太阳能学报,1999.20 (1):1 7.7 刘琼玉,李太友,李华禄等.太阳光助 Fenton体系氧化降解苯酚废水的研究J.