謝　拯　劉祥萱　梁劍濤　張澤洋

摘要:電-Fenton法是高級氧化技術的一種,體系中由電解產(chǎn)生H202在Fe2+催化作用下產(chǎn)生活潑的·OH(羥基自由基),引起一系列的反應,加快還原性物質(zhì)的氧化,從而達到降解有機物的效果。文章主要介紹了電-Fenton反應的機理以及其在處理難降解廢水中的應用技術和發(fā)展狀況。

關鍵詞:電-Fenton;廢水處理;難降解有機物;氧化技術

中圖分類號:X703

文獻標識碼:A

文章編號:1009-2374(2009)19-0136-02

高級氧化技術是當今最可能被工業(yè)化應用的氧化工藝之一。它通過反應中的-OH直接氧化降解污染物,-OH有極強的氧化能力,對于有機物降解和脫色卓有成效,去除率高,而自身還原為水。電-Fenton法自動產(chǎn)生H2O2、Fe2+的機制比較完善,從而產(chǎn)生-OH,除羥自由基-OH的氧化作用外,還有陽極氧化,電吸附等。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外20世紀80年代中后期已廣泛開展了用電-Fenton技術處理難降解有機廢水的研究。A·Ventura等用水銀做陰極,多個串聯(lián)的鉑片做陽極,對難降解性有機除草劑莠去津進行了研究。試驗結果表明:電-Fenton法比Fenton試劑法氧化的更快更徹底。Hsiao Y等利用石墨作陰極對酚和氯苯的氧化進行了研究,Fe2+和H2O2的再生均在陰極上進行,酚和氯苯的氧化率較普通Fenton法大大提高。Huang Yaohui等利用鐵片做陽極產(chǎn)生的Fe2+和用石墨做陰極產(chǎn)生H2O2的處理含六胺的石油化工廢水,COD去除率在80%以上。Enric Brillas等利用Pt作陽極和一個充碳一聚四氯乙烯作陰極(用于生產(chǎn)-OH)對2.4-D進行了降解,濃度較低時2.4-D的礦化程度達90%,若采用與光-Fenton法相結合的方式2.4-D可完全礦化。

國內(nèi)鄭曦等以多孔石墨電極為陰極,對有機染料工業(yè)廢水進行降解脫色反應,實驗結果表明,COD的去除率大于80%,染料的脫色率達100%。對酸性鉻藍的降解脫色研究中,以相同的電解條件進行試驗,COD的去除率大于80%,酸性鉻藍的脫色率達100%。對茜素紅的研究,結果表明:電解處理15min內(nèi),電解處理1h,COD的去除率達80%,脫色率達98%。楊志新用鈦基鍍IrO2/Ta2O5做陽極電極,石墨做陰極,恒電流0.3A,Na2SO4濃度3g/L,Fe2+濃度為1mmoL/L,曝氣量40mL/min,初始pH為5.3,在此條件下對100ppm的4-硝基酚電解2h,COD去除率84%,4-硝基酚的去除率達99%。

二、應用

電-Fenton(EF)法在水處理中有著極為廣泛的應用,在工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水、生活污水方面都有文獻報道。下面主要介紹該方法在處理生物難降解的有機染物上的應用。

(一)染料廢水

全世界每年在生產(chǎn)過程中估計有10%～15%的染料隨著污水流失排放,而且大量反應產(chǎn)物都具有致癌性。EF法對這些污染物可以進行有效的脫色和降低生物毒副作用。Marco Panizza等研究了電-Fenton試劑對含萘磺酸和蒽醌磺酸的工業(yè)廢水的處理,COD去除率為87%,脫色率為89%。Wang等人報導采用EF法礦化偶氮染料酸性大紅14,在電流0.36A、Fe2+=1mmol/L、pH=3的條件下,經(jīng)過360min的電解,可去除70%的TOC,而脫色率達到100%。趙少陵等采用活性炭纖維電極法處理實際數(shù)種印染殘液,其脫色率高達95%～98%。EF法對偶氮染另外有報道EF法對偶氮染料酸性大紅120和活性黑5也獲得類似的成功的降解。

(二)除草劑和殺蟲劑

由于長期和大量使用農(nóng)藥,特別使難降解有機農(nóng)藥對人和動物有毒副作用,農(nóng)藥廢水處理究具有極現(xiàn)實和長遠意義。楊新萍處理含氯化苯和對鄰硝基氯化苯二種有機氯農(nóng)藥廢水,COD和色度去除率分別為27.6%和72.0%。而對鄰硝基氯化苯廢水在pH=6.0時,COD和色度去除率分別為73.0%和93.8%。Edelahi等人采用EF法降解敵草隆,10min之內(nèi),COD去除率達到93%。Guivarch等人通過EF法處理含有機磷殺蟲劑的污水可達80%以上的礦化率.吳進華、李小明等報道用EF法處理含樂果廢水,在常溫,PH=2、H2O2/Fe2+為10,恒流0.5A,120min,COD降解率81.65%,樂果在20min去除率99.4%。

(三)垃圾滲濾液

土地填埋法是處理城市固體廢棄物的重要處理手段,由此產(chǎn)生的垃圾滲濾液是最難處理的一種高濃度有機廢水。已有研究人員嘗試采用EF法處理垃圾滲濾液,LinSheng H.Lin.等用絮凝-電Fenton-SBR工藝處理垃圾滲濾液可以達標排放,經(jīng)絮凝后,COD和色度去除率可以達到50%,而后的電-Fenton進一步提高了COD去除率,色度去除率達到100%。對NH3-N和磷的去除也可以在30min內(nèi)完成。張道斌、張暉、周家勇采取多次連續(xù)方式投加H2O2,可提高垃圾滲濾液COD去除率。H2O2/Fe2+在12∶1、H2O2投加7ml、電流2A、極間距1.3cm、PH=3、處理75min,COD去除率達到80%。

(四)酚類廢水

酚類化合物是在芳香環(huán)上帶有一個或多個羥基的化合物,廣泛存在于印染、塑膠、醫(yī)藥、煉油、煉焦等工業(yè)廢水中。Zucheng wu同等以氟化樹脂修飾的B-PbO2陶瓷作陽極、Ni-Ti合0金作陰極,在最佳的實驗條件下,苯酚的去除率可達100%。在S S·Chou等人的研究中顯示出EF法處理廢水含有高濃度的六甲基四胺(hexamine),EF可以達到80%以上的COD去除率。根據(jù)A.Mehemet等人報道采用EF法處理1.0mmol/L對硝基苯(PNP)酸性溶液,COD可以達到95%以上的去除率。在Enric Brillas等人的試驗中,在0.050moI/L Na2SO4、pH=3的條件下,處理10～30L1000mg/L的苯胺,可以達到61%的礦化率。陳玉峰用EF法對鄰笨二酚的COD去除率200分鐘內(nèi)達到90%以上。白煒、陳學民用EF法處理苯酚濃度150g/L,在PH=2,反應時間60min,電壓10V,Na2SO4濃度為30g/L,去除率達到82%。

三、電-Fenton法的展望

盡管電-Fenton法處理有毒有害難降解廢水的研究已開展接近30年,但有關這方面的研究報道主要還集中于可行性研究,電-Fenton法的電流效率較低,這就限制了它的廣泛應用。要真正實現(xiàn)工業(yè)化應用還有很多工作要做,提高電極材料的催化性能、電流效率、降低能耗是今后的主攻方向,隨著對新型電極材料以及Fe2+離子有效再生的進一步深入研究,電-Fenton法最終會成為一種有效的、具有發(fā)展前途的水處理技術。

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