芬顿氧化技术在工业废水处理中的进展研究

芬顿氧化技术在工业废水处理中的进展研究

陈郑霖

重庆立洋汉斯环境工程服务有限公司 重庆市 401120

摘要:芬顿法（Fenton）是H2O2和Fe＋混合得到的一种强氧化剂，具有很强的降解能力，能够将废水中的难生物降解的污染物进行有效清除，是一种高级氧化法，近十几年来在废水处理中的应用正得到越来越多的关注。本文先对芬顿法的成因进行分析，并以几种芬顿法施工技术为例，例如：常见的有普通芬顿法、光-芬顿法以及电-芬顿法等，详细探讨芬顿法在处理工业废水中的作用，意在提高整体的工业废水处理水平，为保护生态环境做出重要贡献。

关键词:芬顿氧化法；高浓度有机农药；污水处理；作用与方法

一、前言

工业废水是指工业生产过程中产生的废水、废液和其他有毒有害液体，包括生产废水、生产污水和冷却冷凝水。近年来我国工业得到快速发展，但工业的发展却是以环境污染为代价，随着工业规模的不断扩大，工业生产过程中产生了大量的废水，工业废水种类繁多，成分复杂，常常包含多种有毒有害物质，故对生态环境、人类健康造成极大危害。如果不对工业废水进行妥善处理会给人们的生产生活带来严重的危害。

芬顿法工艺作为一种全新处理废水的工艺技术，目前广泛应用于工业废水处理当中。因此，探讨芬顿法工艺在工业废水处理中应用的相关问题，具有十分重要的现实意义。

二、芬顿法工艺介绍及工作原理

20世纪80年代发展起来的高级氧化技术能通过氧化剂、催化剂、电、光及超声等技术相结合而产生活性极强的自由基（如·OH），再将水体中大分子难降解有机物降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至可以直接矿化为CO2，H2O[1]。高级氧化技术已经成为国内外水领域研究热点，主要Fenton氧化法、臭氧氧化法、电催化氧化法、光化学氧化法、超声氧化法和湿式氧化等[2]。其中芬顿氧化法是发现最早、研究成果最多的高级氧化法，较其他高级氧化技术有设备简单，操作方便，反应快速，效率高，温度和压力条件缓和及无二次污染等特点，近年在环境污染物处理领域引起了越来越多的关注[3-4]。。

芬顿试剂具有良好地氧化性能，究其原因为：内部含有大量的Fe2+离子与H2O2分子，其具体的作用原理为：

Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-

Fe3++H2O2→Fe2++·HO2++OH+

Fe2++·OH→Fe3++OH-

Fe3++HO2→Fe2++O2+H+

由此可以看出，芬顿试剂的化学反应原理和过程极为繁琐，但能形成多个自由基。现阶段化学研究学者分顿芬顿试剂的反应解释为：双氧水（H2O2）在铁离子的作用下，生成氧化性能较强的羟基自由基(.OH)，其氧化能力强于臭氧（O3），但是较氟（F）稍低，除此之外，OH还具有较高的电负性能和加成反应性能。也正是由于这几种原因，使芬顿试剂在工业废水有机物降解工作中发挥自身独特的优势。在生活中，人们经常在工业尾水处理工作中使用芬顿试剂，或是通过物理方法无法有效清除有机物时，才对芬顿试剂进行有效利用。

三、常见的芬顿法污水处理技术

（一）普通芬顿法

双氧水在亚铁离子的催化下，分解形成羟基自由基，并具有较强的氧化性能，能够实现有机物向无机物的转化过程。于此同时，具有催化性能的亚铁离子经过氧化反应形成三价铁离子，如果溶液中pH值显示为碱性（或中性），则会使亚铁离子转变为Fe(OH)3胶体，具有常识的人们会知道Fe(OH)3胶体具有一定的絮凝吸附力，可对污水中的微小颗粒户悬浮粒、胶体进行清除，保障了水资源的质量。普通芬顿法在缺少光照的环境下，也可实现有机物的氧化分解过程，因此，在使用过程中具有成本低的特点。相对而言，普通芬顿法也存在着某些方面的不足：其一，无法为有机物进行充分矿化，只能完成部分的初始物质向中间产物的转化过程，而这些中间物的产生又会受到Fe3+、羟基自由基（·OH）等离子的影响，同时受到不确定因素的影响，甚至会对环境造成更大威胁。其二，H2O2利用率较低，针对此，人们将紫外线运用至普通芬顿试剂中，进而形成UV／Fenton污水处理方法。

（二）光-芬顿法

普通芬顿法具有过氧化氢利用率低和有机物矿化不充分的不足，如将光(紫外光和可见光)引入至普通芬顿体系，则可在一定程度上提高有机物处理速度和降解效率，因此，这种引入光的普通芬顿体系又可称之为光-芬顿体系。但由于光-芬顿法处理污水成本较高，在实际生活中，应用范围较窄。其具体的作用原理如下所示：

Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-

（Fe(OH）2+→Fe2++HO·

（Fe(OOC-R））2+→Fe2++R·+CO2

Fe2++HO·→Fe3++OH-

（三）电-芬顿法

电-芬顿试剂体系主要是通过电解槽，实现电解反应，进而完成有机物向H2O2和Fe2+转化过程，该种方法是电化学反应与芬顿氧化反应的有机结合，充分的对两种方法的氧化性能进行利用。与光-芬顿法进行比较，电-芬顿法能够自动形成H2O，但是，也相应的产生较多的因素影响有机物降解效果，在此过程中，剔除·OH的氧化工作之外，还有电解槽阳极氧化和电吸附的作用。

四、通过实际案例对对芬顿法进行分析

在某省的工业园污水处理厂升级改造工程中，一期工程中对污水的处理方式，主要为“悬链曝气+微絮凝过滤”，但是，在该工程项目中，需对污水进行二级生化处理。该污水处理厂进水量可达到BODOD<0．25，但是由于可生化性能相对较差，因此导致实际的污水处理工作难度较大。

通过对现场踏勘调查和分析，该污水处理厂的进水污水中含有众多的农药和纤维素，导致水质结构较为复杂，且结构变化速度较快，虽然，该部分污水中出厂前已经完成生化处理工作，但是，由于处理不当，在出水过程中含有大量的污染物以及含量较高的COD，在一定程度上增加调节池和水解酸化池工作任务量。其中调节池的作用为：对水量和水质结构进行调节；而水解酸化池的作用为：主对大分子和不溶性有机物进行生化反应，使其水解形成小分子或具有水溶性能的有机物，实现“粗粮细作”的理念，为后期的生化处理工作奠定良好基础。

依据相关污水处理厂施工经验，进厂污水通过水解酸化和悬挂链生化处理工作后，部分水质中COD含量仍较高，即使通过常规的混凝沉淀和过滤深度处理方式也无法对COD含量进行改变，基于此，该污水处理厂对芬顿法进行有效利用，使出水中COD含量由原来的80毫克／升降低至42毫克／升，进而符合国家污水排放标准，减少水质对环境的污染。

结束语

当前我国面临着水资源短缺的问题，而有效处理工业废水，能够每年为我国增加一百多亿立方米的可用水，因此，我国重视工业废水的处理工作，大力研究工业废水的处理技术，不断对工业废水的处理技术进行改善和更新。Fenton试剂作为一种强氧化剂，具有活性高、反应速率快、反应条件温和及适用范围广的特点，在难降解污染物处理中有较好的降解效率及较大的应用范围，即可提高废水的可生化性，又可在处理系统的末端进行深度处理，使外排废水的水质达到排放要求。随着研究不断深入，Fenton氧化法在不断地改进和发展，相信其必将在废水处理中得到更为广泛的应用。

参考文献

[1]霍鹏.芬顿法在处理高浓度有机农药污水中的应用[J].科研,2016(14):8-8.

[2]张建昆,张林军.芬顿氧化技术在废水处理中的研究与应用[C]//2013中国给水排水杂志社年会暨饮用水安全保障及水环境综合整治高峰论坛.2013.

[3]赵昌爽,张建昆.芬顿氧化技术在废水处理中的进展研究[J].环境科学与管理,2014,39(5):83-87.

[4]鞠鹏涛.铁碳微电解法预处理高浓度有机农药废水研究[J].价值工程,2015(13):216-217.

[5]詹乐音,张敏芝,霍鹏.芬顿法处理难降解有机废水的研究与应用[J].中小企业管理与科技旬刊,2013(19):239-240.