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Fenton高級氧化技術(shù)用于化學(xué)制藥廢水處理的研究進(jìn)展

文檔作者：任百祥姜雪梅范晶瑩文檔來源：吉林師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月07日
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Fenton高級氧化技術(shù)用于化學(xué)制藥廢水處理的研究進(jìn)展
任百祥姜雪梅范晶瑩
(吉林師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院吉林四平136000)
摘要化學(xué)制藥廢水成分十分復(fù)雜．其中合有難降解有機(jī)物質(zhì)。Fenton高級氧化技術(shù)可產(chǎn)生H0．，HO·具有強(qiáng)氧化能力，
能高效地氧化水體中的有機(jī)物，目前在制藥廢水領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。介紹關(guān)于均相Fenton技術(shù)、非均相Fenton技術(shù)
和類Fenton技術(shù)在化學(xué)制藥廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用狀況．分析其優(yōu)缺點．并提出當(dāng)前研究中存在的問題和發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞Fenton技術(shù)化學(xué)制藥廢水研究進(jìn)展
中圖分類號：×78 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672—9064(2016)05—078—02
目前制藥廢水主要處理工藝方法為生化法(BiochemicaI
mel}lod)，生化法成本低、能耗低，可降低污染物濃度，并且可
以改善廢水中的生物降解能力。但是該廢水處理方法處理的
化學(xué)制藥廢水出水的pH低，水質(zhì)較差，需要對出水進(jìn)行一
系列的后續(xù)處理。AOPs是通過氧化反應(yīng)產(chǎn)生H0·。H0·具有
極強(qiáng)的氧化性．可以與廢水中有機(jī)污染物反應(yīng)．從而使廢水
中有機(jī)物質(zhì)減少或消除．而AOPs具有選擇性小、效率高等
諸多特點。在多種AOPs中，F(xiàn)enton高級氧化技術(shù)通過H202
和Fe“作用．生成H0．．目前在制藥廢水領(lǐng)域中的預(yù)處理和
深度處理中已經(jīng)有部分實際的應(yīng)用。
1均相Fent∞技術(shù)
(1)Fe(Ⅱ)一Fenton試劑。該試劑是以Fe(Ⅱ)為催化劑，
用H秈對有機(jī)物進(jìn)行氧化，使有機(jī)物分解為無機(jī)態(tài)的方法，
反應(yīng)機(jī)理見式f1)。(8)。在反應(yīng)過程中．Fe3+被還原為Fe2+的
速度慢，而在反應(yīng)過程中，F(xiàn)e“被不斷消耗，F(xiàn)en逐漸積累，使
得反應(yīng)體系的催化活性降低，Tekin[1]等通過研究H20：和
Fez+的投加量對反應(yīng)的影響時發(fā)現(xiàn)，在pH=3．5，H如2『Fe2+摩
爾比為155時．制藥廢水的降解效果達(dá)到最佳。
Fe“+H4)廣Fe“+0H‘+H0· (1)
RH+H0·一H20+R· (2)
Fe3’H202_+Fez++H02·+H+ (3)
Fe3++H02·—}Fe2++H++02 (4)
H0·+H20r+H02·+H20 (5)
HO·+Fe2+-—}Fe3++0H‘ (6)
HO·+HO·—，H202 (7)
H0·+H02·—，02+H20 (8)
(2)Fe(Ⅲ)一Fenton試劑。在Fe3+，H202組成的Fenton試劑
中．Fe“被還原成Fe“，而在光照條件下可以促進(jìn)Fe。+向Fez+
的轉(zhuǎn)化，從而反應(yīng)時間減少了一半。由于在pH增加時，F(xiàn)e“
會發(fā)生絮凝沉淀，因此，F(xiàn)e。+／H20：體系僅適用于酸性條件，其
反應(yīng)機(jī)理見式(9)一(12)。傳統(tǒng)的Fent明試劑除存在著Hz0：
利用率低、藥劑投加量大和有機(jī)物降解不完全等缺點外，還
存在以下方面問題：①反應(yīng)體系要求低pH，需對廢水進(jìn)行預(yù)
酸化處理：②Fenton試劑中產(chǎn)生的Fe“會增加出水色度，調(diào)
節(jié)pH后，會產(chǎn)生難處理的含鐵污泥，造成二次污染；③催化
劑難以分離出來。
Fe～H202HFe—OOH2++H+
Fe一00H2+—}Fe“+H0，·
R·+Fe3．。R++Fe“
H0·+Fe2L÷H0一+Fe3+
2類Fenton技術(shù)
(9)
(10)
(11)
(12)
單一的Fent叩技術(shù)應(yīng)用于處理化學(xué)制藥廢水時．去除
效果有限。國內(nèi)外研究者常將Fenton與電、光、超聲等技術(shù)
相結(jié)合，以達(dá)到更好去除廢水中有機(jī)物的目的。
(1)光一Fenton技術(shù)。光一Fenton是將光引入標(biāo)準(zhǔn)Fenton
試劑中．ArsIan—Alaton[2j等利用Fenton體系處理PPG廢水。
在無光照條件下．其他條件相同，TOC去除率為35％；在紫
外光條件下．其他反應(yīng)條件相同，TOC去除率為42％。Wei等
[3]對比了用UV／H：0一PS、UV／H20：和UV／PS處理克百威，得出
UV／H202／PS系統(tǒng)處理效果最佳，PS／Hn其次。這說明，在UV
條件下，可以提高H20：的利用率。因此，光一Fenton可以進(jìn)一
步提高H20：的利用率，具有節(jié)約成本、有效減少藥劑的投加
量、提高了有機(jī)物的降解程度和效率等優(yōu)點。光一Fenton試劑
氧化能力強(qiáng)．礦化有機(jī)物程度高，但是，由于增加了光照設(shè)
施．會使得處理成本提高。
(2)電一Fenton技術(shù)。該技術(shù)郎在電反應(yīng)裝置中加入了
Fenton試劑．在電反應(yīng)的作用下，生成H扣2或Fe“，有效地改
善反應(yīng)機(jī)制和處理效果。Mous輪t．E，．Frunzo，L[4]等在用電一
Fenton降解苯酚時發(fā)現(xiàn)，苯酚的初始濃度、Fe知濃度以及電流
密度等都是影響降解速率的重要參數(shù)。電一Fent鯽充分利用
了Fenton試劑和電化學(xué)裝置．廢水中的有機(jī)物除被H0·氧
化外．電一Fencon技術(shù)的吸附作用和氧化也會加快化學(xué)制藥
廢水中的有機(jī)物的降解。在化學(xué)制藥廢水處理中．電一Fenton
與光一Fenton相比，電．Fent∞技術(shù)自動產(chǎn)生HA的機(jī)制相
對完善。但是。在處理廢水的過程中需要考慮電反應(yīng)裝置的
成本、耗電量以及反應(yīng)參數(shù)的控制。
(3)超聲一Fenton技術(shù)。超聲一Fenlon一方面能使H202分
子裂解產(chǎn)生H0．．增加反應(yīng)體系的活性因子．提高有機(jī)物的
降解速率。另一方面可原位生成HA，減少藥劑的投入量。
前人研究表明了利用超聲波輔助Fen協(xié)n氧化技術(shù)能提高
基金項目：吉林省科技廳自然科學(xué)基金項目(項目編號：20140101215Je)；吉林省科技發(fā)展計劃項目(項目號：201205076)；工業(yè)生態(tài)與環(huán)境工
程教育部重點實驗室開放基金，KuEEE一13—07；吉林省教育廳項目(項目編號：吉教科合字[2015]第225號)
作者簡介：任百祥(1964～)，男，吉林省農(nóng)安縣人，碩士，教授。
萬方數(shù)據(jù) 201 6，NO．5．
COD的去除率。Ranjit[5]等研究超聲一Fenton對2，4．二氯苯酚
(DCP)的降解，與傳統(tǒng)Fent明技術(shù)相比，F(xiàn)e2+和H202使用量
可以分別減少50％和31％：而張小豐[s等在利用超聲一Fenton
降解制藥廢水．出水的色度去除效率達(dá)到97％．COD去除率
達(dá)到71．5％。由此可見，超聲一Fent叩降解制藥廢水的方法操
作簡單，降解效率高．藥品投入量少，但超聲一Fenton高級氧
化技術(shù)由于超聲的制備工藝及成本昂貴等問題．限制了該技
術(shù)的推廣程度和使用范圍。
3非均相Fenton
與均相Fenton反應(yīng)相比．非均相Fenfon設(shè)備簡單、成本
低、技術(shù)要求低、拓寬pH的適用范圍且易分離回收。
(1)金屬一Fenton體系。M呻鯽KaIIeI等人【7]以含酚類化
合物的廢水作為處理對象．采用螺旋狀鐵絲作為鐵源的
Fent叩體系進(jìn)行處理，在pH=2．0～4．0，H瘦投量為9．5mof，L
的條件下，酚類化合物的去除率為50％．但是鐵的表面形成
鐵的氧化層抑制了降解效率。而Y．Segu陽等【8]以零價鐵粉
(zVI)和H力：形成的Fent帥體系來處理化學(xué)制藥廢水，TOC
去除率為70％。研究表明，在ZVI廠r0C=1 2，Hz0丌0C=3．2時，
TOC去除率為80％。前人研究了用零價納米鐵，F(xiàn)明ton試劑
處理制藥廢水是可行的．而Moon[9]等利用納米零價鐵和
H扣：共同使用，TOC去除效果更佳，且連續(xù)投加納米零價鐵
和H：0：比一次性加入納米零價鐵和H：0：的TOC去除率高。
零價鐵一Fenton試劑對制藥廢水具有較好的去除效果．且具
有原材料來源廣泛、價格低廉等優(yōu)點。對零價鐵進(jìn)行改性或
者增大鐵與溶液接觸的比表面積可以使j導(dǎo)反應(yīng)效率增加．在
一定程度上可以防止鐵的溶出，但在處理過程中對pH值范
圍控制較為嚴(yán)格．且反應(yīng)過程中形成的鐵氧化物層會對反應(yīng)
進(jìn)程起到抑制的作用。
(2)負(fù)載型金屬催化劑一Fenlon體系。負(fù)載型金屬催化劑，
H20：體系依靠一定的方法或手段把金屬或金屬離子與穩(wěn)定
的載體碳結(jié)合在一起．而炭載金屬催化劑的組合體再與
H20：作用降解污染物。有學(xué)者㈣研究得出Fe20，C催化活性
大小順序：Fe203粉末C>Fe203／20．40目C>Fe20水0—80目c>
Fe203／8—16目C>Fez03／3目C>Fez03／柱狀C；Fe2VC催化活性：
Fe2+，彩}末C>Fe2+，20—40目C>Fe2+，40—80 El C>FFe2十，8—16目
C>Fe2+／3目C>Fe2+／柱狀C。催化活性Fe203／C稍高于相同條
件下Fe2+，C。隨著催化劑使用次數(shù)的增加，F(xiàn)e20擔(dān)0。40目C
和Fe2+／20—40目C更為穩(wěn)定，F(xiàn)e20，20～40目C比Fe2+／20～40
目C有更好的催化穩(wěn)定性。由此可見．雖然C載金屬催化劑
合成復(fù)雜，使用壽命有限，但C載催化劑的使用拓寬了pH
范圍，節(jié)省了物料和能耗．減少了含鐵污泥的產(chǎn)生．相對于均
相催化劑來說．非均相催化劑可以與溶液分離并重復(fù)利用，
具有經(jīng)濟(jì)適用性。
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鏈塑塞豎冀I ISSNl672—9064。一_
CN35—1272，TK ●
4結(jié)語
Fenton高級氧化技術(shù)作為預(yù)處理工藝．可進(jìn)一步提高制
藥廢水的可生化性．其還可以對化學(xué)制藥廢水進(jìn)行深度的處
理。Fenton高級氧化技術(shù)優(yōu)點諸多，如氧化能力強(qiáng)、有機(jī)物降
解率較高．工藝比較簡單。但是Fenton高級氧化技術(shù)處理化
學(xué)制藥廢水時使用成本較高。消耗的能量和物質(zhì)與其他方法
相比較多．其中有部分的工藝設(shè)備較為復(fù)雜．具有一定的局
限性。FenIon高級氧化技術(shù)的未來向著降低處理成本和處理
實際問題的方向發(fā)展，如：將Fen幻n技術(shù)與其他的水處理技
術(shù)結(jié)合處理化學(xué)制藥廢水．在保證降低成本的同時．達(dá)到更
好的降解效果；開發(fā)高效的Fenton反應(yīng)裝置，以改善Fenton
技術(shù)處理廢水所需藥劑投加量大的情況：開發(fā)具有強(qiáng)催化氧
化效果、易于從溶液中分離且制作工藝簡單的新型非均相
Fenton催化劑．減少物耗。
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