Fenton高级氧化技术在印染废水处理上的研究进展

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（沈阳建筑大学 辽宁 110168）

前言

过去，在处理印染废水方面，采取的方法主要有混凝、吸附两种，虽然操作起来较为简便，但效果却不甚理想，出现二次污染的几率较高。而作为一种新型深度处理技术，高级氧化技术在对印染废水进行处理方面应用前景较为广泛，其原理是借助外界能量、氧化性物质，并通过诸多化学和物理反应，产生羟基自由基，借以对废水中降解难度较大的有机物进行降解，此法能够把废水的可生化性大大提高，将废水色度去除。按照羟基自由基产生的方式，可把这一技术主要分为4种，分别是Fenton试剂氧化法、臭氧氧化法、湿式氧化法、光催化氧化法，通过对该种技术予以采用，能够把废水中的色度有效去除，分解难降解有机物，使之变成小分子物质，便于降解。其主要特点有处理速率快、适用范围广以及降解效果好，应用前景非常大。

近年来，我国工业发展迅猛，随着生产力度的加大，产业的工业废水也越来越多，不仅性质复杂、浓度高，还具有很强的毒性。而传统的生化方法已无法有效的处理这些工业废水，以致于严重污染了人类的水源和环境。而高级氧化技术的出现，则让这一问题得到了有效解决，其既可矿化工业废水，也能够提高污染自身的生化性。

1.关于Fenton技术发展的研究

十九世纪末，法国科学家H.J.H.Fenton偶然发现了Fenton技术，Fe2+/H2O2体系可迅速氧化各种有机物。后人便以Fenton试剂来命名亚铁盐和过氧化氢的组合。1964年，Eisen-houser在对苯酚及烷基苯废水进行处理时，第一次用到了Fenton试剂，而这也是首次在环境污染物处理中应用Fenton，并用于预处理与深度处理废水。对此，这一方法备受关注，应用前景十分广阔，受关注度日益提高，也开始被纳入研究范畴。

鉴于Fenton试剂的一个显著特征——氧化性未有选择性，可运用于各种废水处理中。张平凡等把Fenton试剂用在了含酚废水的处理上，结果显示，其可迅速清除大多数的氨基酚，并降低废水色度，进一步优化含酚废水的生物降解性能。针对农药废水，孙红文等分别采用了Fenton法与光Fenton法两种降解方式，其研究结果表明，在10min中内，其可降解85%的农药，TOC去除率也超过了80%。在对含有氰化物和硫氰化物的废水进行处理时，俄罗斯科学家对Fenton技术予以了采用，两者氧化率为99.8%与84.0%。张晖等在垃圾渗滤液中的中型试验中应用了Fenton试剂，在把适当试剂加入其中后，可去除67.5%的COD，可进一步提升垃圾渗滤液可生化功能。采用Fenton技术，可将染料进行有效降解，P.K.Malik等发现，在优化条件下，半小时内就能够降解97%染料，一小时后可去除70%的COD。且研究还进一步证实，在处理各种废水时，Fenton技术能够非常快速的反应启动，且在酸性条件下，常温常压就可反应，对反应系统以及设备的要求不高。

2.关于Fenton技术的应用研究

随着Fenton试剂成功问世后，便出现了诸多和Fenton反应有关的应用研究。国内有很多学者也开始把研究的重点放在了Fenton处理废水技术上，研究内容涉及类Fenton试剂的研究、Fenton试剂处理废水的反应机理、处理不同废水的工艺条件等。近年来，针对Fenton试剂反应机理，诸多学者均展开了研究，且他们着重研究的内容便是Fenton试剂产生强氧化能力以及Fenton试剂在有机物中的反应，并将不同的动力学模型建立了起来，进而提供了十分可靠的理论依据给Fenton技术的工业化应用。

Fenton试剂法优点众多，包括对环境友好、费用便宜、设备简便以及操作过程简单和反应速度快等。但在具体运行试剂时，其还是有以下缺点存在：（1）H2O2和Fe2+未有较高的利用率；（2）废水处理具有较高的运行成本。

为将这部分缺点改善，人们对Fenton试剂和其他技术联合处理废水的方法展开了研究与应用，PascualVall在这一基础上积极改良了Fenton工艺，并广泛运用于实际生产活动中。这一装置处理能力可高达100t/h，可去除90%以上的COD，效果非常好。这一工艺把一种助剂加入到了Fenton试剂中，可减少H2O2的分解，有助于H2O2保持稳定状态，使Fenton试剂的利用率大大提高。这一工艺必须要满足四个条件，分别是密闭搅拌装置、pH值3-5、温度100℃～125℃以及压力150kPa～200kPa。对于某大型石化企业苯酚车间排放的苯酚废水，曹国民发明了“生物氧化-催化氧化-生物氧化”组合工艺，其能够降低COD，使之由每升6000mg～18000mg下降到每升100mg。对于有机废水进行高浓度难降解时，第一阶段则是生物氧化，利用兼氧水解和生物氧化作用，有效清除大部分生物，再借助Fenton工艺发挥催化与氧化的功效，进一步提高废水可生化性，再进行生物氧化。

3.关于Fenton技术的工业应用研究

在废水处理方面，Fenton技术主要有两方面的应用：（1）采用一种方法氧化处理有机废水；（2）联合使用混凝沉降法、活性炭、生物法等，进而获取最大化成效。

例如，广西某环保科技公司研究的上流式Fenton氧化塔，利用所具有的水利条件，制作而成载体流化床，同时在载体覆膜上使用催化剂，可强化氧化功效，并降低让Fenton试剂使用剂量。现阶段，包括南宁糖业蒲庙造纸厂、安阳九州制药厂、广西湘桂酵母有限公司以及桂林平山垃圾厂和南宁城南垃圾厂等在内的诸多工厂均已开始在制浆中段废水的深度处理、抗生素类药物的深度处理、酵母废水的深度处理以及污水站深度处理等项目中应用这一技术。东莞市水星科技环保有限公司代理中国台湾水美公司的第4代Fenton技术流化床现在已被应用于多家企业之中，包括海南金海浆纸有限公司、安琪酵母（伊利）有限公司、庆理文造纸有限公司以及广东鼎丰纸业有限公司，主要作用就是深度处理生化后出水。通过上述国内外学者及机构的研究不难看出，目前，Fenton技术已被应用于不同行业之中，主要负责深度处理难完全生化降解废水。现阶段废水深度处理技术的市场还处于形成发展过程中，但却具有非常大的市场拓展前景。

4.高级氧化技术在印染废水处理中的应用研究

陈银霞通过研究湿式氧化、超声波氧化、芬顿氧化、臭氧氧化及电化学氧化这五种方法发现高级氧化技术具有效率高、反应快、污染小等优点，而且在印染废水处理中，芬顿氧化法与臭氧氧化法是两种运用较多的高级氧化工艺。湿式氧化法反应条件为高温高压，在实际工程应用中有一定的局限性。超声波装置的造价较高、能耗较大，目前还处于实验室小试和中试阶段。电化学氧化法设备投资较高，能耗较高，稳定性较差。如果湿式氧化法、超声波氧化法和电化学氧化法能攻克各自的领域的难关，突破瓶颈，降低成本，那么这三种工艺也将越来越多地为人们所接受，高级氧化这条道路将越来越宽广。高新金通过研究高级氧化技术在印染废水处理中的应用，提出为了更好的提高对印染废水的处理效果，有关部门应当寻找更为高效的处理方式，从氧化反应的机理着手，考虑将各项处理技术进行合理结合，大力提高自由基的产生率和利用率，从而突破处理瓶颈，降低治理成本，达到经济高效的目的。

5.关于Fenton技术在废水处理中的应用研究

Fenton氧化法投资较低、运行成本较高，可通过添加一定量的催化剂可减少加药量。此法在造纸、化学品、印染、日用化工、皮革等工业污水处理中均适用。刘奕尧在处理印染废水上分别采用了UV/O3与Fenton法，借助正交试验与单因素分析将Fenton试验的最佳投加量确定了下来，在最佳投加条件下，以Fenton法对印染废水进行处理，能够有效降低出水COD，每升大约65mg，色度的下降范围也超过3NTU，出水指标与印染废水回用水的要求完全相符。可见，在处理印染废水方面，Fenton试剂氧化法优势明显，包括快反应、可较好的去除COD和色度，但这一氧化法受pH限制（pH＜3），同时还需将Fenton试剂回收，引发二次污染的几率非常高。

6.结语

从以上几点综述得出，国内外关于Fenton高级氧化技术在印染废水处理上的研究已较为丰富，尤其国外研究起步早于国内，研究领域也非常广泛了，给现当代的科技技术提供了很大的帮助，为废水处理的理论知识奠定了很好地基础，也为学术界打开了一道通往新兴技术领域的大门。