Fenton法處理印染廢水的研究現(xiàn)狀

摘 " " "要： 印染廢水是一種難處理工業(yè)廢水，不僅有機(jī)污染物濃度高，而且色度指標(biāo)也高。若不進(jìn)行有效處理，將嚴(yán)重污染水環(huán)境。高級(jí)氧化法是處理難降解廢水的有效方法，其中Fenton法及其改進(jìn)方法處理印染廢水的研究近幾年開展的比較多。從傳統(tǒng)Fenton法處理印染廢水出發(fā)，介紹Fenton法的改良對(duì)難處理廢水的處理效果，進(jìn)而具體介紹電Fenton法處理印染廢水的研究現(xiàn)狀。

關(guān) "鍵 "詞：Fenton法；印染廢水； 電Fenton法

中圖分類號(hào)：X703.1 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）03-0397-04

1 "印染廢水的常規(guī)處理方法

對(duì)于生活中常見的印染廢水，一般來講在進(jìn)行處理時(shí)通常會(huì)考慮化學(xué)方法、物理方法或生物方法這三大類處理方向，這些方法都可以通過一定的過程控制達(dá)到相應(yīng)的目的效果。

王偉[1]研究表明在納米TiO2粉末對(duì)實(shí)際印染廢水處理存在可行性的前提下，通過石英砂和玻璃作為載體，去制備了TiO2薄膜。將制備出來的薄膜用于后續(xù)試驗(yàn)得出的結(jié)果為CODCr去除率可達(dá)54.55%。杜昭[2]在對(duì)印染廢水的處理研究中發(fā)現(xiàn)聚乙烯醇（PVA）是很難被微生物所降解的，在之前使用過的一些生物法的處理中，降解效果并不是十分明顯，之后采用鐵碳-Fenton耦合的方法并結(jié)合其他技術(shù)進(jìn)行印染廢水的處理，效果才稍稍好轉(zhuǎn)一些。

在防治印染廢水中，化學(xué)合成物品成分和數(shù)量占比大，因此對(duì)于相關(guān)處理過程要求嚴(yán)格，某些環(huán)節(jié)的紕漏可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)過程和結(jié)果產(chǎn)生偏差，進(jìn)而無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，最終導(dǎo)致環(huán)境被污染和破壞。

2 "Fenton法處理印染廢水

2.1 "傳統(tǒng)Fenton法處理難降解廢水的研究現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的完善和相關(guān)研究的發(fā)展，高級(jí)氧化方法成為學(xué)者們對(duì)印染廢水降解處理方面的熱門研究手段。被染料或者其他污染物質(zhì)污染過的廢水，利用高級(jí)氧化過程是最有效和最常用的處理方法。高級(jí)氧化這一方法的基本作用原理是將·OH（羥基自由基）的強(qiáng)氧化能力作為整個(gè)方法的研究重點(diǎn)，將廢水中的有機(jī)污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，通過這一方法達(dá)到相應(yīng)的預(yù)期去除效果。因此，該方法被廣泛用于去除各種染料。

Fenton氧化法對(duì)于高級(jí)氧化法來說是最具代表性的一種處理方法。1893年，法國學(xué)者Fenton H J在一次相關(guān)試驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)通過Fe2+對(duì)過氧化氫進(jìn)行催化操作，生成的·OH相較于H2O2在氧化性方面具備更強(qiáng)的屬性，并將這一相關(guān)的試驗(yàn)試劑命名為Fenton試劑。

Hsueh等[3]采用三類不同染料制作印染廢水，采用Fenton法進(jìn)行處理，最終結(jié)果證明Fenton法對(duì)三種印染廢水的脫色率均很高。Fenton法盡管可以在一定程度上去除印染廢水，但是它受限于pH只能在一定的范圍內(nèi)才可以使用，而且反應(yīng)隨時(shí)會(huì)有污泥產(chǎn)生。向永水等[4]采用Fenton氧化法去處理靛紅廢水，調(diào)節(jié)FeSO4·7H2O和雙氧水的用量。最佳反應(yīng)條件為：100 mL靛紅染料廢水COD質(zhì)量濃度是320 mg/L，pH值為3， H2O2投加量是3 mL，此時(shí)COD去除率高達(dá)98.02%。

2.2 "Fenton法的改良

第一次發(fā)現(xiàn)并且使用Fenton法至今已經(jīng)過去很長時(shí)間，人們?cè)谧铋_始只使用Fenton法的基礎(chǔ)上逐漸過渡衍生出利用其它方法與傳統(tǒng)Fenton法相結(jié)合的方式去處理廢水。以下便是Fenton法與其他方式相結(jié)合去處理相關(guān)廢水的介紹。

2.2.1 "光-Fenton

光-Fenton法是將其與紫外光或是可見光進(jìn)行結(jié)合并融入相關(guān)反應(yīng)體系對(duì)廢水進(jìn)行處理，這一方法優(yōu)化和改良了處理效果。吳躍輝等[5]利用光-Fenton法去處理苯酚廢水，確定反應(yīng)最佳條件為：pH值為3.5，H2O2濃度為0.15 mol/L，F(xiàn)eSO4濃度為0.015 mol/L。班福忱等[6]在對(duì)硝基苯酚廢水的有害物質(zhì)相關(guān)去除試驗(yàn)中，選取了光助非均相Fenton法進(jìn)行該試驗(yàn)的去除操作，并通過該方法對(duì)硝基苯酚廢水的去除試驗(yàn)進(jìn)行更深層的研究。通過相關(guān)化學(xué)試驗(yàn)研究可以得出結(jié)論：在進(jìn)行該試驗(yàn)時(shí)，控制硝基苯酚廢水的試驗(yàn)所需容量為100 mL，質(zhì)量濃度為200 mg/L，此時(shí)pH=4，經(jīng)過100 min的反應(yīng)時(shí)間后，COD和色度去除率分別可以達(dá)到73.1%和98.9%。

2.2.2 "電-Fenton

陳嵩等[7]針對(duì)廢舊鋰電池放電廢水會(huì)給大自然和周邊環(huán)境帶來污染性和放射性的特點(diǎn)，以電為媒介，通過電Fenton氧化法，電解8 h后在最佳反應(yīng)條件下，對(duì)鋰電池放電廢水的去除效果達(dá)到最佳值，此時(shí)COD的去除率為85%左右。而趙建樹等[8]更是將光電技術(shù)結(jié)合起來，同時(shí)將電Fenton技術(shù)升級(jí)為三維電氧化技術(shù)，對(duì)垃圾滲濾濃縮液進(jìn)行深度處理，通過試驗(yàn)研究表明氨氮的去除率達(dá)到98.9%，COD去除率可達(dá)98.3%，總氮的去除率達(dá)到94.5%。三維電極電Fenton法能夠很好且大有效地去除廢水，本文也重點(diǎn)研究三維電極電Fenton技術(shù)與其他方法相結(jié)合去除印染廢水。

2.2.3 "微波強(qiáng)化類-Fenton

微波強(qiáng)化類-Fenton，即加入一些微波與Fenton氧化法相結(jié)合，對(duì)廢水進(jìn)行處理的方法。張雷[9]采用微波強(qiáng)化類Fenton法，通過微波輻射，功率以及反應(yīng)時(shí)間，催化劑用量等影響因素去研究制藥廢水中污染物去除效率的多少。將200 W設(shè)定為試驗(yàn)所需微波功率，微博輻射時(shí)間控制為11 min，4 mL 30%的H2O2作為試驗(yàn)所需的氧化劑，通過這些條件可以使試驗(yàn)最終的COD去除率達(dá)到62.41%，B/C也可由0.254提升至0.619。劉文卿[10]則采用混凝-微波強(qiáng)化Fenton方法去處理PVA廢水，選取混凝-微波強(qiáng)化Fenton法對(duì)PVA廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行相關(guān)處理操作，在試驗(yàn)完成后其COD平均去除率最佳可達(dá)到89.37%，此時(shí)的PVA平均去除率最高可達(dá)到96.16%，這一數(shù)據(jù)表明采取該方法進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)可保證PVA基本得到相應(yīng)去除，而COD由3000左右降低至300左右，綜合來看該試驗(yàn)所帶來的去除效果更為理想可觀。

2.2.4 "超聲波強(qiáng)化類-Fenton

利用超聲波的一些特性與傳統(tǒng)Fenton相結(jié)合，能夠更好地去除廢水中的有機(jī)污染物。高穎[11]在進(jìn)行苯酚廢水的處理試驗(yàn)時(shí)不同于上述的學(xué)者，她采用超聲波強(qiáng)化類-Fenton的試驗(yàn)方法完成相關(guān)試驗(yàn)操作，并利用這一試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)苯酚廢水的試驗(yàn)效果進(jìn)行深層次剖析。試驗(yàn)最終得出的結(jié)論為最佳試驗(yàn)條件：以30 min作為試驗(yàn)的最佳反應(yīng)時(shí)間，對(duì)于化學(xué)物質(zhì)方面將FeSO4·7H2O的投放量控制在

800 mg/L，并相應(yīng)投入活性炭30 g/L以及0.5 Qth的H2O2，相應(yīng)的pH值為3，在滿足這些條件下的苯酚去除率可以達(dá)到98.03%這一理想數(shù)值，而COD去除率可以達(dá)到90.91%。段雅欣等[12]采用超聲強(qiáng)化Fenton法去除富馬酸廢水中的有害酸。結(jié)果表明，在功率為175 W的時(shí)候，去除效果最好，整體去除效率高，COD去除率最高可達(dá)到86.58%。

3 "電Fenton法處理印染廢水的研究現(xiàn)狀

電Fenton法的基本原理是要以酸性作為基礎(chǔ)的試驗(yàn)條件，使Fe2+在陽極進(jìn)行外加投放或是生成，陰極采取曝氣方式，使過氧化氫通過電化學(xué)的方式持續(xù)不斷的進(jìn)行生成[13]。

陰極的氧氣進(jìn)行相關(guān)化學(xué)反應(yīng)能夠生成試驗(yàn)所需的過氧化氫：

O2+2H+ +2e-→H2O2 " " " " " " " " " " " " " "（1）

過氧化氫與Fe2+反應(yīng)：

H2O2+Fe2+ →Fe3+ +·OH+OH- " " " " " （2）

1）原本的Fe3+在電化學(xué)反應(yīng)的試驗(yàn)條件下，其電極陰極不斷發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，致使Fe3+被這一化學(xué)反應(yīng)還原為新的Fe2+。

2）Fe3+與HO2·的反應(yīng)使得Fe3+被還原成Fe2+。

3）Fe3+氧化溶液中02-與Fe3+反應(yīng) ，使Fe3+被還原成Fe2+。

4）Fe2+的循環(huán)可以依靠Fe3+與攜帶有鹵族白由基這一化學(xué)成分的一類有機(jī)物進(jìn)行相關(guān)的化學(xué)還原反應(yīng)不斷生成產(chǎn)生。

隨著研究的不斷深入與科學(xué)發(fā)展，F(xiàn)enton高級(jí)氧化法已經(jīng)開始在廢水有機(jī)污染物的處理操作中得到學(xué)者們的廣泛認(rèn)可并被大力應(yīng)用。單寧和湯梅潔就利用Fenton法對(duì)浙江省德清縣的一些印染廢水進(jìn)行相關(guān)處理研究，通過深度處理后發(fā)現(xiàn)，該方法COD的去除具有更好的實(shí)際效果，出水的COD含量也得到了大幅度的降低[14]。但是選用Fenton法對(duì)廢水中的有機(jī)污染物進(jìn)行處理也存在一些弊端，如對(duì)于試劑的消耗存在較大需求，從這一角度來看也導(dǎo)致了資源的損耗與浪費(fèi)。過氧化氫這一化學(xué)物質(zhì)存在易分解、難長久保存的特殊屬性，這也導(dǎo)致了該方法也具備高成本、低經(jīng)濟(jì)性的明顯缺陷。電Fenton法由于可以通過外加Fe2+或生成Fe2+，來保證陽極時(shí)刻存在試驗(yàn)所需的Fe2+，不涉及到試劑的消耗與浪費(fèi)，可以從資源和經(jīng)濟(jì)角度彌補(bǔ)Fenton存在的直觀不足，保護(hù)環(huán)境，使得處理效果更好。

近幾年，由于電Fenton的一些優(yōu)點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：

1）運(yùn)行費(fèi)用低，節(jié)能減排。

2）操作簡單。

3）處理效率好，節(jié)約資源。

4）無二次污染。

電Fenton法能夠帶來比傳統(tǒng)Fenton法更具高效的去除與降解效果，在保證方法經(jīng)濟(jì)可行的基礎(chǔ)上產(chǎn)生更高、更優(yōu)的相關(guān)收益，因此被業(yè)內(nèi)人士廣泛使用并進(jìn)行持續(xù)研究[15]。

Hsiao Y等[16]在對(duì)氯苯芬進(jìn)行相關(guān)處理試驗(yàn)操作時(shí)，選用電Fenton法作為相應(yīng)的化學(xué)試驗(yàn)方法，將石墨選為電極陰極，研究目的則是對(duì)Fe2+和H2O2的原位生產(chǎn)和循環(huán)相關(guān)結(jié)論進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)探究，試驗(yàn)結(jié)果得出相關(guān)結(jié)論：用電Fenton法對(duì)印染廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行相關(guān)處理能夠得到比傳統(tǒng)Fenton更好的去除效果，在去除率上得到顯著提升。何文妍[17]在使用電Fenton法處理印染廢水的前提下，通過對(duì)各種方法比較，在最佳反應(yīng)條件下甲基橙COD去除率是93%。將此種體系應(yīng)用于其他印染廢水時(shí)，也能更完美的去除COD和色度。

徐萬強(qiáng)[18]等人在電Fenton基礎(chǔ)上，選取乙炔黑與Fe3O4作為化學(xué)材料，并將二者進(jìn)行并聯(lián)處理操作，最終將酸性品紅進(jìn)行了試驗(yàn)的降解處理。通過試驗(yàn)結(jié)果得出的結(jié)論發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到峰值的540 nm時(shí)，去除率為最佳的理想情況，能夠達(dá)到95.8%。

作為羥基自由基的·OH，可使氧化電位達(dá)到

2.8 V。水中存在的許多污染物都能與之發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)沒有經(jīng)過二次污染的水質(zhì)，·OH能將其轉(zhuǎn)化為其他無毒害的物質(zhì)[19]。

三維電極法的實(shí)質(zhì)是在電凝聚作用體系方面的電解反應(yīng)。三維電極處理效果良好，不需外加H2O2，而且更易于發(fā)生所需的相關(guān)電解反應(yīng)，這一特性使得三維電極電Fenton法在廢水處理試驗(yàn)中能夠高效快速地對(duì)水中存在的有機(jī)污染物進(jìn)行去除，從而發(fā)生更為高效快速地去除效應(yīng)[20]。

對(duì)于印染廢水的處理，在現(xiàn)如今的發(fā)展階段僅用一種方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，容易造成一些明顯的處理缺陷，并引發(fā)一系列相關(guān)問題。三維電極電Fenton法與其他處理方法的聯(lián)合應(yīng)用在現(xiàn)階段的科學(xué)研究中，對(duì)于印染廢水中有害物質(zhì)的去除能夠帶來更為科學(xué)的處理效果，并被廣大學(xué)者們不斷加以研究。在電Fenton法的基礎(chǔ)上輔以光催化劑，衍生為光電Fenton法就是這些方法的其中之一[21]。電Fenton法輔加超聲波衍生出的超聲電Fenton法也是一個(gè)直觀的事例[22]。

周抗寒等[23]利用三維電極特性來處理印染廢水，因三維電極與各類染料分子結(jié)構(gòu)中存在的發(fā)色共扼體系會(huì)發(fā)生反應(yīng)從而使印染廢水脫色。周抗寒等人在針織廠對(duì)印染廢水進(jìn)行處理的試驗(yàn)中，利用三維電極法處理色度和COD濃度很高的印染廢水，最后處理效果均達(dá)到最佳狀態(tài)。

王奕等[24]采用三維電極法處理印染廢水時(shí)，使用Ti作為電極、Na2SO4溶液作為電解質(zhì)，利用三維電極的特性去處理模擬亞甲基藍(lán)廢水，經(jīng)試驗(yàn)研究得出結(jié)論是，當(dāng)溶液中Na2SO4為0.04 mol/L、電壓為2 V時(shí)，去除率可達(dá)到最大值50%，該試驗(yàn)證明了三維電極法相對(duì)于二維電極法來說對(duì)印染廢水的去除效果有著顯著的提升。

將Fenton氧化法與電化學(xué)方法相結(jié)合所產(chǎn)生的新方法就是三維電極電Fenton法的基礎(chǔ)原理，利用該原理使溶液中的鐵離子與過氧化氫離子二者在既定的條件環(huán)境下，保持一定的反應(yīng)速率并持續(xù)產(chǎn)生羥基自由基，由于羥基自由基本身就具有強(qiáng)氧化性這一化學(xué)屬性，利用這一點(diǎn)可以有效對(duì)試驗(yàn)溶液所攜帶的有害有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行有效的降解去除操作，已達(dá)到廢水處理的目的[25]。

4 "結(jié)束語

Fenton法屬于高級(jí)氧化法的一種，使用該方法對(duì)印染廢水進(jìn)行處理已經(jīng)廣泛被學(xué)者研究。但由于傳統(tǒng)Fenton法pH作用范圍狹窄，耗藥量高，去除效果差，利用率低，并且偶爾還會(huì)有鐵泥的存在。將傳統(tǒng)Fenton法改良使用處理廢水，以求找到更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保、更高效的處理方法。在傳統(tǒng)Fenton法的基礎(chǔ)上采用三維電極電Fenton技術(shù)并且聯(lián)合催化劑可以更好地對(duì)印染廢水進(jìn)行更加深度的處理。

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Research Status of Fenton Process for Dyeing Wastewater Treatment

ZHANG Fu-xiang， LIU Rui-wen

（Shenyang Jianzhu University， Shenyang Liaoning 110168， China）

Abstract： "Printing and dyeing wastewater is a kind of industrial wastewater which is difficult to treat. It not only has high concentration of organic pollutants， but also has high chromaticity index. If it is not treated effectively， the water environment will be seriously polluted. Advanced oxidation is an effective method to treat refractory wastewater， among which Fenton process and its improved methods have been studied more in recent years. Starting from the treatment of printing and dyeing wastewater by traditional Fenton method， the improvement of Fenton Method and its effect on the treatment of difficult wastewater were introduced， and then the research status of electro Fenton method for the treatment of printing and dyeing wastewater was introduced.

Key words： Fenton Method; Dyeing wastewater; Electric Fenton method