芬顿氧化法在废水处理中的应用

2014年第18期科技创新科技创新与应用芬顿氧化法在废水处理中的应用汤泳虹（中山市环保实业发展有限公司，广东中山528400）1894年，科学家FentonHJ发现，过氧化氢(H2O2)与二价铁离子(Fe2+)混合后，可以将当时很多已知的有机化合物如醇、羧酸、酯类等氧化为无机态，氧化性极强。但这种氧化性试剂却因为氧化性极强没有被太多重视。直至上世纪70年代，水环境的污染成为世界性难题，而具有去除难降解有机污染物的高能力的Fenton试剂，在多种工业废水处理中逐渐得到了广泛的应用，并日益受到国内外的关注。1Feton试剂反应机理Fenton氧化法是在酸性条件下利用Fe2+催化分解H2O2产生的·OH降解污染物，且生成的Fe3+发生混凝沉淀去除有机物，因此Fenton试剂在水处理中具有氧化和混凝两种作用。一方面，对有机物的氧化作用是指Fe2+与H2O2作用，生成具有氧化能力极强的羟基自由基·OH而进行的自由基反应[1]；另一方面，反应生成的Fe(OH)3胶体具有絮凝、吸附功能，也可以去除水中部分有机物[2]。Fenton氧化的自由基机理，其实质是双氧水和二价铁离子之间的链式反应催化生成HOo自由基，基本作用原理如下：Fe2++H2O2寅Fe3++HO·+OH-Fe3++H2O2寅Fe2++HO2·+H+HO2·+H2O2寅O2+H2O+HO·RH+HO·寅R·+H2OR·+Fe3+寅R++Fe2+R++O2寅ROO+寅CO2+H2O羟基自由基(·OH)具有很强的氧化性，仅次于氟并且是一种非选择性的氧化剂，易氧化各种有机物和无机物，反应速度快，氧化效率高。Fenton试剂在对废水处理过程中存在一些现象有时候难以用羟基自由基机理解释，Kato和Walling经研究指出，Fenton试剂在处理有机废水时会发生反应产生铁水络合物[3]。主要反应式如下：[Fe(H2O)6]3++H2O寅[Fe(H2O)5OH]2++H3O+[Fe(H2O)5OH]2++H2O寅[Fe(H2O)4(OH)2]++H3O+当pH值为3-5时，2[Fe(H2O)5OH]2+寅[Fe(H2O)8(OH)2]4++2H2O[Fe(H2O)8(OH)2]4++H2O寅[Fe(H2O)7(OH)3]3++H3O+[Fe(H2O)7(OH)3]3++[Fe(H2O)5OH]2+寅[Fe3(H2O)7(OH)4]5++2H2O由上可见，Fenton试剂具有絮凝功能，而这种絮凝功能也是去除COD的重要组成部分。2Fenton氧化法在废水处理中的应用Fenton氧化法在废水处理中的应用具有其它方法无可比拟的优点，但由于过氧化氢价格昂贵，如果单独使用Fenton试剂，则成本太高，所以在实践应用中通常与其他方法联用，如与混凝沉降法、生物法、活性炭法等联用，用于废水的预处理或最终深度处理，以取得良好的效果。2.1废水的预处理加入Fenton试剂对废水进行预处理，是通过羟基自由基(·OH)与有机物的反应，使废水中难降解的有机物发生偶合或氧化，形成分子量较小的中间产物，从而改变它们的可生化性、混凝沉淀性和溶解性，然后通过后续的混凝沉淀法或生化法加以去除，可达到净化的目的。吴克明[4]等对高浓度焦化废水处理采用Fenton混凝沉淀法进行了研究，氧化处理后用氯化铁作为混凝剂，当pH值控制在3左右，反应温度为80益，反应时间为30min时，焦化废水COD、NH3-N、色度和浊度去除率分别达到了93.1%、96.2%、90.2%和90.8%；肖羽堂等人[5]向某染料厂的二硝基氯化苯生产废水中加入一定量的铁屑和0.08%的H2O2(30%)后，废水的COD从953mg/L下降到290mg/L左右，而BOD5:COD值从0.07以下增至0.6以上。王浪等采用破乳-Fenton试剂法对磨床车间高浓度废乳化液进行处理，原水CODcr高达290000mg/L，而BOD5为28000mg/L，当使用合适的破乳药剂破乳后，投加适量的Fenton试剂进行氧化处理，最终出水CODcr降至684mg/L，BOD:COD由0.094上升至0.47，可生化性得到很大的提高。2.2废水的深度处理一些工业废水，经物化、生化处理后，水中仍有少量难降解有机物未得以去除，当水质未能达到排放标准时，可采用Fenton氧化法对其进行深度处理。例如，处理染料废水采用中和-生化法时，由于仍残留着生物难降解有机物，出水的COD和色度不能达标排放。而加入少量的Fenton试剂，可以同时达到去除COD和脱色的目的，使出水达到国家排放标准。赵晓亮等通过研究证明：采用Fenton氧化法对经A/A/O工艺处理的焦化废水进行深度处理，探索了反应的最佳条件，证明Fenton氧化法深度处理焦化废水是可行和有效的。广东某造纸厂采用Fenton流化床技术对造纸废水进行深度处理，进水COD=250mg/L，停留时间30min，最终出水COD去除率达到72%，且污泥产量少，占地少，处理成本较低。3结束语Fenton氧化法具有易于操作，方便快捷等优点，是一种应用潜力很大的废水处理技术，在国外该方法早已在一些对经济成本不敏感的工业废水处理中得到广泛的应用。但传统Fenton法由于存在有机物矿化程度不高、双氧水消耗大、成本高等缺点，所以近年来国内外侧重于研究改性Fenton法。随着研究的深入，又把紫外光（UV）、草酸盐（c2O42-）等引入Fenton试剂中，发展了新的方法，如UV/Fenton法、UV/H2O2法、铁屑/H2O2法和电Fenton法等使其氧化能力大大增强。从发展历程来看，基本上可沿着光化学和电化学两条路线向前发展。参考文献[1]罗刚，黄君礼，孙红.活性炭吸附/Fenton试剂氧化法处理造纸厂污冷凝水的研究[J].哈尔滨建筑大学学报，1999，32（6）:59-62.[2]XuXiangrong，LiHuabin，WangWenhua，etal.DegradationofdyessolutionsbytheFentonprocess[J].Chemosphere，2004，57（7）:595-600.[3]张国卿，罗春田，等.Fenton试剂在处理难降解有机废水中的应用[J].工业安全与环保，2004，30（3）：17-20.[4]吴克明，陈新丽，陆艳.Fenton混凝沉淀法处理高浓度焦化废水的研究[J].电力环境保护，2005，21（3）：41-43.[5]肖羽堂，许建华.利用芬顿试剂预处理难降解的二硝基氯化苯废水[J].重庆环境科学，1997，19（6）：33-36.摘要：Fenton氧化法是近年来发展起来的专门处理高浓度、高色度、难降解工业有机废水的高级氧化技术，常用于废水的高级处理，以去除COD、色度等。文章介绍了Fenton氧化法处理难降解有机废水的机理及应用情况，并对其在废水处理中的发展趋势作了展望。关键词：Fenton氧化法；废水处理；难降解公式推广到隔水管连续系统，该方法也可以推广到其它连续体抗震分析中去。5.2分析计算了地震发生时隔水管所受的地震作用力，推导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式。文章的分析结果可以为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。参考文献[1]SakdiratKaewunruena，JulapotChiravatchradejb,SomchaiChucheepsakul.Nonlinearfreevibrationsofmarinerisers/pipestransportingfluid[J].OceanEngineering，2005，32:417-440.[2]MarkoKeber，MarianWiercigroch.Dynamicsofaverticalriserwithweakstructuralnonlinearityexcitedbywakes[J].JournalofSoundandVibration，2008，315:685-699.[3]刘秀全，陈国明，畅元江，等.深水钻井隔水管时域随机波激疲劳分析[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012，36（2）:146-151.[4]陶云，李杰，艾志久，等.深水环境下隔水管的横向变形与弯矩分析[J].石油机械，2013，41（3）:68-71.[5]方华灿.海洋石油钻采设备理论基础[M].北京:石油工业出版社，1984.[6]方同，薛璞.振动理论及应用[M].西安:西北工业大学出版社，1998.[7]王社良.抗震结构设计[M].武汉理工大学出版社，2008.作者简介：李军强（1964-），男，博士，教授，研究方向：石油机械动力学。13--