芬顿试剂处理难降解废水

环境科学

２００９　　ＮＯ．０７

科技创新导报

ＦＥＮＴＯＮ试剂处理难降解废水

王安辉１　　姜艳芳２

（１唐山市自来水公司；　２唐山市市政建设总公司　　河北唐山　　０６３０００）

摘　要：Ｆｅｎｔｏｎ试剂对难降解的废水有较好的去除作用，其作用主要分为两部分，一是氧化作用，过氧化氢能产生具有很强能力的羟基自由基，可将大分子有机物分解为易降解的小分子有机物，使废水的可生化性增强；二是氢氧化铁或氢氧化亚铁的胶体沉淀，具有凝聚、吸附性能，可除去水中部分悬浮物和杂质可吸附水中的部分的有机物和色度，使出水水质变好。关键词：Ｆｅｎｔｏｎ试剂　　氧化　　羟基自由基　　混凝　　吸附

中图分类号：Ｘ５２　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００９）０３（ａ）－０１１３－０２

难降解污水含有的有机物为难降解物质，其可生化性差，不宜采用生物反应器进行处理。可考虑采用化学氧化方式使大分子有机物被氧化小分子有机物或ＣＯ、ＣＯ２等；化学氧化法可以分解难降解的有机物，并提高废水的可生化降解性。高级氧化技术（ａｄｖａｎｃｅｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ＡＯＰｓ）即能产生极强氧化性的羟基自由基（・ＯＨ）进行氧化处理技术，双氧水Ｈ２Ｏ２可分解出羟基自由基，能直接氧化水中有机污染物和构成微生物的有机物质；同时，其本身只含氢和氧两种元素，分解后成为水和氧气，不会产生有毒有害的副产物。

Ｆｅｎｔｏｎ氧化法是目前应用较多的一种催化氧化法。Ｈ．Ｊ．Ｈ．Ｆｅｎｔｏｎ在一百多年前发明了用可溶性亚铁盐和双氧水按一定的比例混合所组成的试剂，能氧化许多有机分子且系统不需高温高压。

应。对于多元醇以及淀粉、蔗糖、葡萄糖等碳水化合物，在分子结构处发生脱氢处理。随后发生Ｃ－Ｃ键的开裂，最终完全氧化为ＣＯ２；对于水溶性高分子和水溶性乙烯化合物，使Ｃ＝Ｃ双键断裂，氧化为ＣＯ２；对于饱和脂肪族和饱和脂肪族羟基化合物，比较稳定，只能将其氧化为羧酸，对ＣＯＤ的去除率低，但可提高废水的可生化性；对酚类有机物，低剂量的Ｆｅｎｔｏｎ试剂可使其发生偶合作用生成酚的聚合物，有利于采用混凝处理技术，大量Ｆｅｎｔｏｎ试剂可使酚的聚合物进一步转化为ＣＯ２；对于芳香族化合物，可破坏芳香环，形成脂肪族化合物，从而消除芳香族化合物的毒性，改善废水的可生物降解性；对于染料，可打开染料的发色官能团的不饱和键，使废水脱色并降低ＣＯＤ；１．２　混凝机理

Ｆｅｎｔｏｎ试剂的氧化作用完后，催化剂铁盐遇碱会形成氢氧化铁或氢氧化亚铁的胶体沉淀，具有凝聚、吸附性能，可除去水中部分悬浮物和杂质可吸附水中的部分的有机物和色度，使出水水质变好。有实验显示Ｆｅｎｔｏｎ试剂作用下的ＣＯＤ去除率中氧化作用只有２３％左右，而７７％都是由于

［１］

胶体物质的吸附沉淀作用完成的。

增大，反应基本稳定时，ＣＯＤ去除率达到一定值；其反应速率一般跟溶液ｐＨ值、催化剂种类、催化剂浓度等有关；在垃圾渗滤液处理中，有人认为反应时间在两个小时以后ＣＯＤ去除率就没有太大变化了［２］。程洁红等人认为在反应一个小时后，ＣＯＤ去除率达到最大，一个小时后ＣＯＤ去除率反而下降，这是因为・ＯＨ自由基只能将难降解的大分子有机物氧化为小分子有机物，使ＣＯＤ略有升高，所以对于Ｆｅｎｔｏｎ试剂应合理选用反应时间［３］。２．４　过氧化氢的投加量

保持硫酸亚铁的投加量不变，ＣＯＤ去除率随过氧化氢的投量增加而增加，当增加到一定程度时，ＣＯＤ去除率不再增加。有研究表明，自由基的产生量随着Ｈ２Ｏ２／Ｆｅ（ＩＩＩ）增加而逐渐减少，也就是说Ｈ２Ｏ２的分解速率随着Ｈ２Ｏ２浓度的增加而下降。即存在类似于　Ｆｅ（ＯＨ）２＋－Ｈ２Ｏ２络合物，Ｈ２Ｏ２浓度越高，Ｆｅ（ＩＩＩ）被络合得越稳定从而降低了它的活性。并且由于过量的过氧化氢的自分解产生大量氧气，使反应中的沉淀上浮，导致出水水质变差［４］。２．５　过氧化氢的投加方式

过氧化氢的投加方式也影响了水处理的效果，一般认为分批投加过氧化氢比一次投加处理效果好，张晖采用两个连续反应器分两次投加［５］。沈文豪发现将Ｆｅｎｔｏｎ试剂分成两次投加的ＣＯＤ去除率大于一次处理效果［６］。也可采用滴加方式投加Ｆｅｎｔｏｎ试剂，效果很好。原因是过氧化氢分批投加，使水中的［Ｈ２Ｏ２］／［Ｆｅ２＋］的比例保持一直很小，催化剂浓度相对较大，使・ＯＨ的产率增大，过氧化氢的利用率较大［２］。２．６　［Ｈ２Ｏ２］／［Ｆｅ２＋］的比例

当Ｆｅ２＋加入量过少时，Ｈ２Ｏ２分解慢，产生的自由基就少；当Ｆｅ２＋加入量过多时，Ｈ２Ｏ２分解太快，来不及与废水中的有机物反应。对双氧水的利用绿低，因此过氧化氢和亚铁盐的投加量应有一定的比例；有人采用Ｆｅ２＋／Ｈ２Ｏ２一般取０．２５～０．３０为宜

［６］

１　Ｆｅｎｔｏｎ试剂的作用机理

Ｆｅｎｔｏｎ试剂由亚铁盐和过氧化氢组成，在酸性条件下过氧化氢能被二价铁离子（称为Ｆｅｎｔｏｎ试剂）催化分解并产生氧化能力很强的・ＯＨ自由基，进行氧化处理。Ｆｅｎｔｏｎ试剂在水处理中的作用主要包括对有机物的氧化和混凝两种作用。１．１　氧化作用机理

Ｆｅｎｔｏｎ法的氧化机理可简单表示为：Ｆｅｎｔｏｎ试剂，当ｐＨ值足够低时，在Ｆｅ２＋的催化作用下过氧化氢就会分解产生・ＯＨ自由基，从而引发一系列的链反应（反应式１－８）：

Ｆｅ２＋＋Ｈ２Ｏ２→Ｆｅ３＋＋ＯＨ－＋・ＯＨＦｅ＋Ｈ２Ｏ２→Ｆｅ＋・ＯＨ２＋Ｈ＋

３＋

２＋

２　Ｆｅｎｔｏｎ试剂处理废水的影响因素

由Ｆｅｎｔｏｎ试剂的反应机理来看，・ＯＨ自由基是氧化的主要物质，影响・ＯＨ自由基产量的因素有：ｐＨ值、过氧化氢投加量、反应时间、反应温度、亚铁离子投加量等。２．１　ｐＨ值

碱性条件下，Ｆｅ与ＯＨ－生成沉淀，不能作为催化剂使用；ｐＨ过低则三价铁离子不能顺利被还原为二价铁离子；处理垃圾渗滤液时一般控制ｐＨ值在２～５之间，张辉等在采用Ｆｅｎｔｏｎ试剂法处理垃圾渗滤液时ｐＨ控制在３左右［２］。２．２　反应时间

Ｆｅｎｔｏｎ试剂处理难降解废水，其反应速度快，一般ＣＯＤ的去除率随时间延长而

Ｆｅ２＋＋・ＯＨ→Ｆｅ３＋＋ＯＨ－　　Ｆｅ３＋＋・ＯＨ２→Ｆｅ２＋＋Ｏ２＋Ｈ＋・ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋・ＯＨ２　　ＯＨ２・→Ｏ２＋Ｈ＋

Ｏ２・＋Ｈ２Ｏ２→Ｏ２＋ＯＨ－　

・ＯＨ＋ＲＨ（有机物）→Ｐ（降解产物）由以上方程式可知：・ＯＨ自由基是一种很强的氧化剂；Ｆｅｎｔｏｎ试剂处理有机物的实质就是・ＯＨ自由基与有机物发生反

。也有采用Ｆｅ２＋／Ｈ２Ｏ２为１：４［７］。赵德明采

（下转１１６页）

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科技创新导报２００９　　ＮＯ．０７

环境科学

独特的特色，要因地制宜、顾及植物品种多样化，依据校园各个区域进行合理的植物配置，营造出舒适的校园环境。

２　校园绿化植物配置应注意的几个问题

１）校园绿化植物配置应具本校特色。所选树木种类、花卉品种要因地制宜，适合本地生长发育，植物配置既要适应生态环境，又要体现其传统文化，不仅要考虑到植物的成活和耐修剪，还要考虑到如何体现高校特　色和地方特色及其个性。配置植物要以最适为佳。、

２）绿化树种应丰富多彩。校园植物配置多样性、多态性，以培养学生对大自然的兴趣爱好，并丰富其知识。校园种植不同花期、不同叶型、树型、花型、果型的植物，使四季有花、有叶、有景可观赏。使校园变成一本丰富的教科书，尤其是农林、生物类院校更应如此。

３）注重季相变化。植物的季相变化是植物对季候的一种特殊反应，是对环境的一种适应表现，在校园绿化时，配置植物要考虑到四季枝叶的变化，根据植物的性状，以丰富植物的种类，形成春花烂漫，夏荫浓

郁，秋色绚丽，冬景苍翠的四季景观。这些景色无不为校园增添了色彩。

４）植物配置既要考虑绿化美化的观赏效果，又要考虑其生态效应，在校园绿化中要考虑乔木、灌木、花卉、草坪草的协调搭配，绿地覆盖率要高。植物种类配置比例恰当，达到绿化美化效果。

参考文献

［１］陈孝春，朱建新，许秀环．校园环境的生

态景观规划模式探讨［Ｊ］．中国园林，２００２，（３）：４６～４８．

［２］裘鸿菲，高翅，吴雪飞．撷校园文化创环

境特色——华中农业大学绿地规划［Ｊ］．中国园林，２００２，（２）：５７～５９．

［３］叶茂宗．城市生态与立体绿化［Ｍ］．北

京：中国林业出版社，２００３．

［４］程建，谭佳音．浅论大学校园环境建设

——以阜阳师范学院新校区环境绿地景观规划设计为例［Ｊ］．阜阳师范学院学报（自然科学版），２００５，（２）：４１～４５．

３　结语

校园绿化美化是校园校容校貌建设的重要组成部分，它对于营造良好的文化氛围起着至关重要的作用。理想的植物配置是建设校容校貌的关键。在选择植物类型、品种时，既要考虑其绿化美化的观赏效果又要兼顾其生态效应，即在配置植物时要注意季相变化。使四季有花、有叶、有景观赏，同时使之配置的植物（树木、花卉、草坪草）有效地调节小气候、涵养水源、保持水土流失、吸收有毒气体、杀毒、除虫等生态功能。高校校园植物配置有其

（上接１１３页）

用Ｆｅ２＋／Ｈ２Ｏ２为１：１５的比例处理氯硝基苯废水可得到９３．４６％的处理效果［８］。在实际水处理中可根据所处理的废水的特点来确定具体的比例。２．７　反应温度

温度升高可提高・ＯＨ的活性，但温度升高过多，可使过氧化氢分解速度加快，不利于过氧化氢利用。应根据具体情况确定。陈传好采用Ｆｅｎｔｏｎ试剂处理洗胶废水的最佳温度为８５℃［９］。

过量而发生自身反应消耗，引导羟基自由基与有机物反应，从而提高过氧化物的氧化效率［１０］。

（３）．

［１０］张乃东．Ｆｅｎｔｏｎ法在水处理中的趋势．

化工进展，２００１，１２．

参考文献

［１］李静．生化处理后的垃圾渗滤液的深度

处理试验研究［Ｄ］．天津大学，硕士研究生论文，２００４：４５－４６．

［２］王罗春．Ｆｅｎｔｏｎ试剂处理难降解有机废

水及其应用．环境保护科学，２００１，６：２７．

［３］程洁红．Ｆｅｎｔｏｎ－混凝法在垃圾渗滤液

预处理中的实验研究．江苏石油化工学报，２００２，６：１４．

［４］张晖，Ｈｕａｎｇ　Ｃ．Ｐ．Ｆｅｎｔｏｎ法处理垃圾

渗滤液．中国给水排水，２００１，３．［５］高迎新，杨敏．类Ｆｅｎｔｏｎ反应中吸光度

变化及过氧化氢的分解动力学研究．第二届环境模拟与污染控制学术研讨会，２００１，１１．

［６］沈文豪，夏妤戎．氧化吸附法治理高浓

度制药废水．第二届环境模拟与污染控制学术研讨会，２００１，１１．

［７］Ｆｅｎｔｏｎ法处理垃圾渗滤液的影响因素．

中国给水排水，２００２，４．

［８］赵德明．Ｆｅｎｔｏｎ试剂氧化法预处理对氯

硝基苯废水的研究．环保技术，２００２．［９］陈传好．Ｆｅｎｔｏｎ试剂处理废水中各种影

响因素的作用机制．环境科学，２０００，２１

３　Ｆｅｎｔｏｎ试剂的发展趋势

由于Ｆｅｎｔｏｎ试剂的氧化作用只能将难降解的有机物氧化为小分子有机物，转化有机物的结构和形态，而不是将其完全矿化；Ｆｅｎｔｏｎ试剂对ＣＯＤ的去除作用主要体现在氢氧化铁或氢氧化亚铁的吸附沉淀作用。因此研究者试图采用吸附剂与Ｆｅｎｔｏｎ试剂联合处理方法以去除难降解有机物。目前已有研究证明采用煤粉作为吸附剂，并以Ｆｅｎｔｏｎ试剂对废水进行处理，可达到１００％的色度去除率和９０％ＣＯＤ的去除率　

［５］

。

此外，由于普通Ｆｅｎｔｏｎ法也易形成络合物对・ＯＨ自由基的形成有竞争机制，因此引入其他的化学物质以促进自由基的生成和提高对有机物的降解效果。如目前以过渡金属代替Ｆｅ２＋，控制Ｈ２Ｏ２的分解，缓慢释放出羟基自由基，阻止由于羟基自由基

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