电-Fenton法处理难降解有机废水技术的进展

Posted 2023-01-14 阴极

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摘要：电-Fenton法是高级氧化技术的一种，体系中由电解产生H202在Fe2+催化作用下产生活泼的·OH（羟基自由基），引起一系列的反应，加快还原性物质的氧化，从而达到降解有机物的效果。文章主要介绍了电-Fenton反应的机理以及其在处理难降解废水中的应用技术和发展状况。

关键词：电-Fenton；废水处理；难降解有机物；氧化技术

高级氧化技术是当今最可能被工业化应用的氧化工艺之一。它通过反应中的-OH直接氧化降解污染物，-OH有极强的氧化能力，对于有机物降解和脱色卓有成效，去除率高，而自身还原为水。电-Fenton法自动产生H2O2、Fe2+的机制比较完善，从而产生-OH，除羟自由基-OH的氧化作用外，还有阳极氧化，电吸附等。

一、国内外研究现状

国外20世纪80年代中后期已广泛开展了用电-Fenton技术处理难降解有机废水的研究。A·Ventura等用水银做阴极，多个串联的铂片做阳极，对难降解性有机除草剂莠去津进行了研究。试验结果表明：电-Fenton法比Fenton试剂法氧化的更快更彻底。HsiaoY等利用石墨作阴极对酚和氯苯的氧化进行了研究，Fe2+和H2O2的再生均在阴极上进行，酚和氯苯的氧化率较普通Fenton法大大提高。HuangYaohui等利用铁片做阳极产生的 Fe2+和用石墨做阴极产生H2O2的处理含六胺的石油化工废水， COD去除率在80%以上。Enric Brillas等利用Pt作阳极和一个充碳一聚四氯乙烯作阴极（用于生产-OH）对2.4-D进行了降解，浓度较低时2.4-D的矿化程度达90%，若采用与光-Fenton法相结合的方式2.4-D可完全矿化。

国内郑曦等以多孔石墨电极为阴极，对有机染料工业废水进行降解脱色反应，实验结果表明，COD的去除率大于80%，染料的脱色率达100%。对酸性铬蓝的降解脱色研究中，以相同的电解条件进行试验，COD的去除率大于80%，酸性铬蓝的脱色率达100%。对茜素红的研究，结果表明：电解处理15min内，电解处理1h，COD的去除率达80%，脱色率达98%。杨志新用钛基镀IrO2/Ta2O5做阳极电极，石墨做阴极，恒电流0.3A，Na2SO4浓度 3g/L，Fe2+浓度为1mmoL/L，曝气量40mL/min，初始pH为5.3，在此条件下对100ppm的4-硝基酚电解2h，COD去除率84%，4-硝基酚的去除率达99%。

二、应用

电-Fenton（EF）法在水处理中有着极为广泛的应用，在工业废水、农业废水、生活污水方面都有文献报道。下面主要介绍该方法在处理生物难降解的有机染物上的应用。

（一）染料废水

全世界每年在生产过程中估计有10%～15%的染料随着污水流失排放，而且大量反应产物都具有致癌性。EF法对这些污染物可以进行有效的脱色和降低生物毒副作用。MarcoPanizza 等研究了电-Fenton试剂对含萘磺酸和蒽醌磺酸的工业废水的处理，COD去除率为87%，脱色率为89%。Wang等人报导采用EF 法矿化偶氮染料酸性大红14，在电流0.36A、Fe2+=1mmol/L、pH=3 的条件下，经过360min的电解，可去除70%的TOC，而脱色率达到100%。赵少陵等采用活性炭纤维电极法处理实际数种印染残液，其脱色率高达95%～98%。EF法对偶氮染另外有报道EF 法对偶氮染料酸性大红120和活性黑5也获得类似的成功的降解。

（二）除草剂和杀虫剂

由于长期和大量使用农药，特别使难降解有机农药对人和动物有毒副作用，农药废水处理究具有极现实和长远意义。杨新萍处理含氯化苯和对邻硝基氯化苯二种有机氯农药废水， COD和色度去除率分别为27.6%和72.0%。而对邻硝基氯化苯废水在pH=6.0时，COD和色度去除率分别为73.0%和93.8%。Ede- lahi等人采用EF法降解敌草隆，10min之内，COD去除率达到 93%。Guivarch等人通过EF法处理含有机磷杀虫剂的污水可达 80%以上的矿化率．吴进华、李小明等报道用EF法处理含乐果废水，在常温，PH=2、H2O2/Fe2+为10，恒流0.5A，120min，COD降解率81.65%，乐果在20min去除率99.4%。

（三）垃圾渗滤液

土地填埋法是处理城市固体废弃物的重要处理手段，由此产生的垃圾渗滤液是最难处理的一种高浓度有机废水。已有研究人员尝试采用EF法处理垃圾渗滤液，LinShengH.Lin.等用絮凝－电Fenton－SBR工艺处理垃圾渗滤液可以达标排放，经絮凝后，COD和色度去除率可以达到50%，而后的电-Fenton进一步提高了COD去除率，色度去除率达到100%。对NH3-N和磷的去除也可以在30min内完成。张道斌、张晖、周家勇采取多次连续方式投加H2O2，可提高垃圾渗滤液COD去除率。H2O2/Fe2+在 12∶1、H2O2投加7ml、电流2A、极间距1.3cm、PH=3、处理75min， COD去除率达到80%。

（四）酚类废水

酚类化合物是在芳香环上带有一个或多个羟基的化合物，广泛存在于印染、塑胶、医药、炼油、炼焦等工业废水中。 Zucheng wu同等以氟化树脂修饰的B-PbO2陶瓷作阳极、Ni-Ti合 0金作阴极，在最佳的实验条件下，苯酚的去除率可达100%。在 S S·Chou等人的研究中显示出EF法处理废水含有高浓度的六甲基四胺（hexamine），EF可以达到80%以上的COD去除率。根据 A．Mehemet等人报道采用EF法处理1.0mmol/L对硝基苯（PNP）酸性溶液，COD可以达到95%以上的去除率。在Enric Brillas等人的试验中，在0.050moI/LNa2SO4、pH=3的条件下，处理10～ 30L1000mg/L的苯胺，可以达到61%的矿化率。陈玉峰用EF法对邻笨二酚的COD去除率200分钟内达到90%以上。白炜、陈学民用EF法处理苯酚浓度150g/L，在PH=2，反应时间60min，电压 10V，Na2SO4浓度为30g/L，去除率达到82%。

三、电-Fenton法的展望

尽管电-Fenton法处理有毒有害难降解废水的研究已开展接近30年，但有关这方面的研究报道主要还集中于可行性研究，电-Fenton法的电流效率较低，这就限制了它的广泛应用。要真正实现工业化应用还有很多工作要做，提高电极材料的催化性能、电流效率、降低能耗是今后的主攻方向，随着对新型电极材料以及Fe2+离子有效再生的进一步深入研究，电-Fenton法最终会成为一种有效的、具有发展前途的水处理技术。作者: 谢拯，刘祥萱，梁剑涛，张泽洋