微波強化Fenton氧化法水處理技術的研究進展

呂淑華 莊玉夏

摘要：微波強化Fenton氧化法是一種先進的氧化技術，在水處理領域有著廣泛的應用。本文綜述了微波強化Fenton氧化法的反應機理及實驗條件對處理效果的影響。綜述了該方法在制藥廢水、印染廢水、焦化廢水、草漿造紙廢水、垃圾滲濾液、聚合物驅采油廢水以及TNT廢水等生化降解廢水中的處理條件和廢物清除率的研究進展，展望了水處理方法的發展方向。

關鍵詞：微波；Fenton；水處理

中圖分類號： X52 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）03-0082-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.046

Abstract： Microwave-enhanced Fenton oxidation is an advanced oxidation technology and has been widely used in the field of water treatment. This paper reviews the reaction mechanism of microwave-enhanced Fenton oxidation and the effect of experimental conditions on the treatment effect. The research progress in the treatment conditions and waste removal rate of biodegradation wastewater such as pharmaceutical wastewater， printing and dyeing wastewater， coking wastewater， straw pulp papermaking wastewater， landfill leachate， polymer flooding wastewater and TNT wastewater are reviewed. The water Development of treatment methods.

Key words： Microwave； Fenton； Water treatment

隨著工業的發展，一些合成成分由于結構復雜而難以降解，污水中的污染物越來越復雜，對環境和人體健康造成長期的危害[1-2]，因此有效地控制水污染具有十分重要的意義。傳統的生物處理運行穩定性差，受到水質和其他因素的影響，不能完全氧化分解廢水中復雜的化學成分。同時，廢水中的有毒物質也會影響微生物的處理能力，甚至殺死微生物，自然界本身的自凈能力，尋找一種經濟高效的水處理技術已成為當前污水處理領域的研究熱點。Fenton試劑是一種強氧化劑，常用于處理很難被生物降解或被有機化合物氧化的廢物處理問題，該反應具有反應速度快、條件溫和等優點。但Fenton試劑在廢水處理過程中降解部分化合物的去除率低，而微波輔助Fenton試劑即微波強化Fenton氧化法，能強化氧化反應，并以其處理效率高、操作簡單具有良好的應用前景[3-4]。

1 微波強化Fenton氧化法的反應原理

自20世紀60年代以來，Fenton被引入水處理領域。Fenton試劑依靠Fe2+和H2O2反應產生高度氧化的羥基自由基能有效氧化有機物，氧化能力僅次于氟。Fenton試劑可以降低廢水的色度和化學需氧量值，改善廢水的生化循環。另一方面，反應中產生的復合物具有絮凝和吸附作用去除水中的一些有機物[5-6]。微波是一種電磁波，不改變分子結構，通過改變離子遷移和偶極旋轉的條件來促進分子運動。與傳統加熱方式相比，微波電磁能直接輻射到介質中，內外加熱均勻，不產生溫度梯度，傳熱效率高，可以加快有機合成的速度，大大縮短反應時間。微波的非熱效應容易破壞分子化學鍵，降低反應活化能，使有機污染物易于降解，提高有機物去除率，不產生二次污染，減少有害物質對環境的危害。近年來，微波和Fenton結合在一起能加強化污水處理能力，該技術在環境保護領域的應用越來越廣泛。

2 微波強化Fenton氧化法處理效果影響因素

影響微波強化Fenton氧化法的因素有體系的水質的酸堿性（pH值）、用料的配比（H2O2與Fe2+比例），微波的輻照時間和功率等。操作條件會對化學反應的速度以及廢水的處理效率產生不同的影響。廢水中的化學物質及其含量差異，微波強化Fenton氧化法各影響因素之間的配比也不同，需要通過具體的實驗來加以確定。水的酸堿程度（pH值）會對微波強化Fenton氧化法對廢水的處理效果產生很大的影響，Fenton氧化最適應的處理條件是酸性，堿性條件下則會生成氫氧化物沉淀，從而影響Fenton氧化的反應速度。化學用料的投放比（H2O2與Fe2+）影響微波強化Fenton氧化法的處理效果和反應速度，如果Fe2+濃度過大，會加快H2O2的消耗速度就會降低微波強化Fenton氧化法的處理速度；反之，Fe2+濃度過低也不利于反應的進行，因此要選取一個最佳的H2O2與Fe2+投放配比[7]。微波輻照時間也會對反應效率產生影響，隨著輻照時間的延長，反應效率會隨之增加，達到一定界限值后處理效率就會趨于平緩，具體的反應時間要根據廢水的水質確定。隨著微波功率的升高，化學需氧量值的去除率會隨之升高，當升高到一定值時，去除效果會趨于平穩，最佳的微波功率值取決于廢水的水質。pH值、H2O2與Fe2+比例、微波的輻照時間和功率都在不同程度上影響微波強化Fenton氧化法對廢水的處理效率。

3 微波強化Fenton氧化法在現實中的應用

3.1 處理藥品生產廢水的條件和廢物清除率

制藥廢水成分復雜，毒性大，可生化性差，屬于難處理的高濃度有機廢水。微波強化Fenton氧化法能夠提高降解效率，提高廢水的可生化性，化學需氧量值去除率可達到58%，廢水的可生化性明顯提高。處理的最佳條件為pH值為4.42，H2O2投加量為1300mg/L，Fe2+的投加量為4900mg/L， 微波功率300 W和輻照時間6 min。

3.2 處理焦化廢水的條件和廢物清除率

焦化廢水難于降解，含有毒性及強致癌物質，對環境和人類的健康危害較大。微波強化Fenton氧化法對焦化廢水中化學需氧量值去除率達到82%。處理的最佳條件為pH值為4.17， H202和Fe2+的比例為5：1，微波照射條件3min和微波功率320 W。

3.3 處理草漿造紙廢水的條件和廢物清除率

草漿造紙廢水排放量大，成分復雜，屬于濃度較高的廢水，對環境以及生態影響很大。微波強化Fenton氧化法造紙廢水化學需氧量值平均去除率為93%。處理的最佳條件為pH值為4.5， H2O2和Fe2+的比例為6：1，微波照射條件5min和微波功率320 W 。

3. 4 處理垃圾滲濾液的條件和廢物清除率

用微波強化Fenton氧化法處理垃圾滲濾液，原水的化學需氧量值去除率可達90%。處理的最佳條件pH值為5， H2O2和FeSO4·7H2O的用量分別為 2.1g/L和0.108g/L，微波功率600W和輻射時間為3min下為最佳處理條件。

3. 5 處理聚合物驅采油廢水條件和廢物清除率

聚合物驅是提高原油采收率的重要方法，但聚合物本身具有較高的穩定性，現有的油田污水處理工藝無法有效去除。采用微波強化催化濕式氧化技術處理聚合物驅采油廢水。微波輻照功率700W和處理時間6min，Fe2O3催化劑加入量0.2-0.6g/L，H2O2劑量為0.004g/L， pH值為5.0。在此工藝條件下，聚合物驅采油廢水的化學需氧量值去除率為60%。

3.6 處理TNT廢水條件和廢物清除率

炸藥廢水中的污染物化學性質穩定，難于生化，致毒性、致癌性較強，危害較大。微波強化Fenton氧化法的最佳條件為pH值為4.12、微波功率480 W、微波輻射6 min、H2O2劑量為0.005g/L、Fe2O3催化劑加入量0.7g/L，在此條件下TNT廢水的去除率達到84.5% 。

4 結論

微波強化類Fenton法對廢水的處理效率高、同時需要的設備簡單而且操作簡單容易學習、處理反應完全、反應后無二次污染。應用該方法對不同種類的廢水進行了大量實驗，證明了微波強化類Fenton法在不同類型的廢水處理中均具有良好的效果，特別是對生物降解性差、化學物質濃度高的有機廢水。但是經過大量的研究也發現該方法對廢水處理存在一定的局限性，操作條件會對處理效率產生很大影響，需要前期的大量的實驗從而找到合適的實驗條件。同時，該實驗的處理成本也不低，限制了該工藝的廣泛應用。

參考文獻

[1]陳芳艷，施琦，唐玉斌.微波強化Fenton氧化法降解水中陰離子表面活性劑的研究[J].水處理技術， 2011，37（6）：23-26.

[2]李兆，趙西成，江元汝等.微波強化類Fenton反應催化氧化脫色降解孔雀石綠廢水[J].水處理技術， 2013，39（9）：20-23.

[3]史書杰，王鵬，趙姍姍等.微波強化類Fenton法處理聚合物驅采油廢水[C].全國微波化學會議. 2008.

[4]黎宏飛，鄭文添，譚程方等.微波協同非均相類Fenton處理廢水的研究進展[J]. 廣東化工， 2017， 44（14）：206-207.

[5]張艮林，徐曉軍，蘭堯中等.微波輻射-均相Fenton氧化耦合混凝法處理印染廢水[J].化學工程， 2007，35（10）：57-60.

[6]張麗，朱曉東，張燕峰等.微波強化Fenton氧化處理鄰氨基苯甲酸廢水[J].環境科學研究，2009，22（5）：516-520.

[7]陳芳艷，施琦，唐玉斌.微波強化Fenton氧化法降解水中陰離子表面活性劑的研究[J].水處理技術，2011，37（6）：23-26.

收稿日期：2018-01-06

作者簡介：呂淑華（1981-），女，碩士研究生，中級職稱，研究方向為環境保護。