Fenton高級氧化技術在印染廢水處理上的研究進展

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（沈陽建筑大學 遼寧 110168）

前言

過去，在處理印染廢水方面，采取的方法主要有混凝、吸附兩種，雖然操作起來較為簡便，但效果卻不甚理想，出現二次污染的幾率較高。而作為一種新型深度處理技術，高級氧化技術在對印染廢水進行處理方面應用前景較為廣泛，其原理是借助外界能量、氧化性物質，并通過諸多化學和物理反應，產生羥基自由基，借以對廢水中降解難度較大的有機物進行降解，此法能夠把廢水的可生化性大大提高，將廢水色度去除。按照羥基自由基產生的方式，可把這一技術主要分為4種，分別是Fenton試劑氧化法、臭氧氧化法、濕式氧化法、光催化氧化法，通過對該種技術予以采用，能夠把廢水中的色度有效去除，分解難降解有機物，使之變成小分子物質，便于降解。其主要特點有處理速率快、適用范圍廣以及降解效果好，應用前景非常大。

近年來，我國工業發展迅猛，隨著生產力度的加大，產業的工業廢水也越來越多，不僅性質復雜、濃度高，還具有很強的毒性。而傳統的生化方法已無法有效的處理這些工業廢水，以致于嚴重污染了人類的水源和環境。而高級氧化技術的出現，則讓這一問題得到了有效解決，其既可礦化工業廢水，也能夠提高污染自身的生化性。

1.關于Fenton技術發展的研究

十九世紀末，法國科學家H.J.H.Fenton偶然發現了Fenton技術，Fe2+/H2O2體系可迅速氧化各種有機物。后人便以Fenton試劑來命名亞鐵鹽和過氧化氫的組合。1964年，Eisen-houser在對苯酚及烷基苯廢水進行處理時，第一次用到了Fenton試劑，而這也是首次在環境污染物處理中應用Fenton，并用于預處理與深度處理廢水。對此，這一方法備受關注，應用前景十分廣闊，受關注度日益提高，也開始被納入研究范疇。

鑒于Fenton試劑的一個顯著特征——氧化性未有選擇性，可運用于各種廢水處理中。張平凡等把Fenton試劑用在了含酚廢水的處理上，結果顯示，其可迅速清除大多數的氨基酚，并降低廢水色度，進一步優化含酚廢水的生物降解性能。針對農藥廢水，孫紅文等分別采用了Fenton法與光Fenton法兩種降解方式，其研究結果表明，在10min中內，其可降解85%的農藥，TOC去除率也超過了80%。在對含有氰化物和硫氰化物的廢水進行處理時，俄羅斯科學家對Fenton技術予以了采用，兩者氧化率為99.8%與84.0%。張暉等在垃圾滲濾液中的中型試驗中應用了Fenton試劑，在把適當試劑加入其中后，可去除67.5%的COD，可進一步提升垃圾滲濾液可生化功能。采用Fenton技術，可將染料進行有效降解，P.K.Malik等發現，在優化條件下，半小時內就能夠降解97%染料，一小時后可去除70%的COD。且研究還進一步證實，在處理各種廢水時，Fenton技術能夠非常快速的反應啟動，且在酸性條件下，常溫常壓就可反應，對反應系統以及設備的要求不高。

2.關于Fenton技術的應用研究

隨著Fenton試劑成功問世后，便出現了諸多和Fenton反應有關的應用研究。國內有很多學者也開始把研究的重點放在了Fenton處理廢水技術上，研究內容涉及類Fenton試劑的研究、Fenton試劑處理廢水的反應機理、處理不同廢水的工藝條件等。近年來，針對Fenton試劑反應機理，諸多學者均展開了研究，且他們著重研究的內容便是Fenton試劑產生強氧化能力以及Fenton試劑在有機物中的反應，并將不同的動力學模型建立了起來，進而提供了十分可靠的理論依據給Fenton技術的工業化應用。

Fenton試劑法優點眾多，包括對環境友好、費用便宜、設備簡便以及操作過程簡單和反應速度快等。但在具體運行試劑時，其還是有以下缺點存在：（1）H2O2和Fe2+未有較高的利用率；（2）廢水處理具有較高的運行成本。

為將這部分缺點改善，人們對Fenton試劑和其他技術聯合處理廢水的方法展開了研究與應用，PascualVall在這一基礎上積極改良了Fenton工藝，并廣泛運用于實際生產活動中。這一裝置處理能力可高達100t/h，可去除90%以上的COD，效果非常好。這一工藝把一種助劑加入到了Fenton試劑中，可減少H2O2的分解，有助于H2O2保持穩定狀態，使Fenton試劑的利用率大大提高。這一工藝必須要滿足四個條件，分別是密閉攪拌裝置、pH值3-5、溫度100℃～125℃以及壓力150kPa～200kPa。對于某大型石化企業苯酚車間排放的苯酚廢水，曹國民發明了“生物氧化-催化氧化-生物氧化”組合工藝，其能夠降低COD，使之由每升6000mg～18000mg下降到每升100mg。對于有機廢水進行高濃度難降解時，第一階段則是生物氧化，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工藝發揮催化與氧化的功效，進一步提高廢水可生化性，再進行生物氧化。

3.關于Fenton技術的工業應用研究

在廢水處理方面，Fenton技術主要有兩方面的應用：（1）采用一種方法氧化處理有機廢水；（2）聯合使用混凝沉降法、活性炭、生物法等，進而獲取最大化成效。

例如，廣西某環保科技公司研究的上流式Fenton氧化塔，利用所具有的水利條件，制作而成載體流化床，同時在載體覆膜上使用催化劑，可強化氧化功效，并降低讓Fenton試劑使用劑量。現階段，包括南寧糖業蒲廟造紙廠、安陽九州制藥廠、廣西湘桂酵母有限公司以及桂林平山垃圾廠和南寧城南垃圾廠等在內的諸多工廠均已開始在制漿中段廢水的深度處理、抗生素類藥物的深度處理、酵母廢水的深度處理以及污水站深度處理等項目中應用這一技術。東莞市水星科技環保有限公司代理中國臺灣水美公司的第4代Fenton技術流化床現在已被應用于多家企業之中，包括海南金海漿紙有限公司、安琪酵母（伊利）有限公司、慶理文造紙有限公司以及廣東鼎豐紙業有限公司，主要作用就是深度處理生化后出水。通過上述國內外學者及機構的研究不難看出，目前，Fenton技術已被應用于不同行業之中，主要負責深度處理難完全生化降解廢水。現階段廢水深度處理技術的市場還處于形成發展過程中，但卻具有非常大的市場拓展前景。

4.高級氧化技術在印染廢水處理中的應用研究

陳銀霞通過研究濕式氧化、超聲波氧化、芬頓氧化、臭氧氧化及電化學氧化這五種方法發現高級氧化技術具有效率高、反應快、污染小等優點，而且在印染廢水處理中，芬頓氧化法與臭氧氧化法是兩種運用較多的高級氧化工藝。濕式氧化法反應條件為高溫高壓，在實際工程應用中有一定的局限性。超聲波裝置的造價較高、能耗較大，目前還處于實驗室小試和中試階段。電化學氧化法設備投資較高，能耗較高，穩定性較差。如果濕式氧化法、超聲波氧化法和電化學氧化法能攻克各自的領域的難關，突破瓶頸，降低成本，那么這三種工藝也將越來越多地為人們所接受，高級氧化這條道路將越來越寬廣。高新金通過研究高級氧化技術在印染廢水處理中的應用，提出為了更好的提高對印染廢水的處理效果，有關部門應當尋找更為高效的處理方式，從氧化反應的機理著手，考慮將各項處理技術進行合理結合，大力提高自由基的產生率和利用率，從而突破處理瓶頸，降低治理成本，達到經濟高效的目的。

5.關于Fenton技術在廢水處理中的應用研究

Fenton氧化法投資較低、運行成本較高，可通過添加一定量的催化劑可減少加藥量。此法在造紙、化學品、印染、日用化工、皮革等工業污水處理中均適用。劉奕堯在處理印染廢水上分別采用了UV/O3與Fenton法，借助正交試驗與單因素分析將Fenton試驗的最佳投加量確定了下來，在最佳投加條件下，以Fenton法對印染廢水進行處理，能夠有效降低出水COD，每升大約65mg，色度的下降范圍也超過3NTU，出水指標與印染廢水回用水的要求完全相符。可見，在處理印染廢水方面，Fenton試劑氧化法優勢明顯，包括快反應、可較好的去除COD和色度，但這一氧化法受pH限制（pH＜3），同時還需將Fenton試劑回收，引發二次污染的幾率非常高。

6.結語

從以上幾點綜述得出，國內外關于Fenton高級氧化技術在印染廢水處理上的研究已較為豐富，尤其國外研究起步早于國內，研究領域也非常廣泛了，給現當代的科技技術提供了很大的幫助，為廢水處理的理論知識奠定了很好地基礎，也為學術界打開了一道通往新興技術領域的大門。