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Fenton高级氧化技术用于化学制药废水处理的研究进展

文档作者：任百祥姜雪梅范晶莹文档来源：吉林师范大学环境科学与工程学院		点击数：	更新时间： 2024年07月07日
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Fenton高级氧化技术用于化学制药废水处理的研究进展
任百祥姜雪梅范晶莹
(吉林师范大学环境科学与工程学院吉林四平136000)
摘要化学制药废水成分十分复杂．其中合有难降解有机物质。Fenton高级氧化技术可产生H0．，HO·具有强氧化能力，
能高效地氧化水体中的有机物，目前在制药废水领域中具有广阔的应用前景。介绍关于均相Fenton技术、非均相Fenton技术
和类Fenton技术在化学制药废水处理领域的应用状况．分析其优缺点．并提出当前研究中存在的问题和发展方向。
关键词Fenton技术化学制药废水研究进展
中图分类号：×78 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2016)05—078—02
目前制药废水主要处理工艺方法为生化法(BiochemicaI
mel}lod)，生化法成本低、能耗低，可降低污染物浓度，并且可
以改善废水中的生物降解能力。但是该废水处理方法处理的
化学制药废水出水的pH低，水质较差，需要对出水进行一
系列的后续处理。AOPs是通过氧化反应产生H0·。H0·具有
极强的氧化性．可以与废水中有机污染物反应．从而使废水
中有机物质减少或消除．而AOPs具有选择性小、效率高等
诸多特点。在多种AOPs中，Fenton高级氧化技术通过H202
和Fe“作用．生成H0．．目前在制药废水领域中的预处理和
深度处理中已经有部分实际的应用。
1均相Fent∞技术
(1)Fe(Ⅱ)一Fenton试剂。该试剂是以Fe(Ⅱ)为催化剂，
用H籼对有机物进行氧化，使有机物分解为无机态的方法，
反应机理见式f1)。(8)。在反应过程中．Fe3+被还原为Fe2+的
速度慢，而在反应过程中，Fe“被不断消耗，Fen逐渐积累，使
得反应体系的催化活性降低，Tekin[1]等通过研究H20：和
Fez+的投加量对反应的影响时发现，在pH=3．5，H如2『Fe2+摩
尔比为155时．制药废水的降解效果达到最佳。
Fe“+H4)广Fe“+0H‘+H0· (1)
RH+H0·一H20+R· (2)
Fe3’H202_+Fez++H02·+H+ (3)
Fe3++H02·—}Fe2++H++02 (4)
H0·+H20r+H02·+H20 (5)
HO·+Fe2+-—}Fe3++0H‘ (6)
HO·+HO·—，H202 (7)
H0·+H02·—，02+H20 (8)
(2)Fe(Ⅲ)一Fenton试剂。在Fe3+，H202组成的Fenton试剂
中．Fe“被还原成Fe“，而在光照条件下可以促进Fe。+向Fez+
的转化，从而反应时间减少了一半。由于在pH增加时，Fe“
会发生絮凝沉淀，因此，Fe。+／H20：体系仅适用于酸性条件，其
反应机理见式(9)一(12)。传统的Fent明试剂除存在着Hz0：
利用率低、药剂投加量大和有机物降解不完全等缺点外，还
存在以下方面问题：①反应体系要求低pH，需对废水进行预
酸化处理：②Fenton试剂中产生的Fe“会增加出水色度，调
节pH后，会产生难处理的含铁污泥，造成二次污染；③催化
剂难以分离出来。
Fe～H202HFe—OOH2++H+
Fe一00H2+—}Fe“+H0，·
R·+Fe3．。R++Fe“
H0·+Fe2L÷H0一+Fe3+
2类Fenton技术
(9)
(10)
(11)
(12)
单一的Fent叩技术应用于处理化学制药废水时．去除
效果有限。国内外研究者常将Fenton与电、光、超声等技术
相结合，以达到更好去除废水中有机物的目的。
(1)光一Fenton技术。光一Fenton是将光引入标准Fenton
试剂中．ArsIan—Alaton[2j等利用Fenton体系处理PPG废水。
在无光照条件下．其他条件相同，TOC去除率为35％；在紫
外光条件下．其他反应条件相同，TOC去除率为42％。Wei等
[3]对比了用UV／H：0一PS、UV／H20：和UV／PS处理克百威，得出
UV／H202／PS系统处理效果最佳，PS／Hn其次。这说明，在UV
条件下，可以提高H20：的利用率。因此，光一Fenton可以进一
步提高H20：的利用率，具有节约成本、有效减少药剂的投加
量、提高了有机物的降解程度和效率等优点。光一Fenton试剂
氧化能力强．矿化有机物程度高，但是，由于增加了光照设
施．会使得处理成本提高。
(2)电一Fenton技术。该技术郎在电反应装置中加入了
Fenton试剂．在电反应的作用下，生成H扣2或Fe“，有效地改
善反应机制和处理效果。Mous轮t．E，．Frunzo，L[4]等在用电一
Fenton降解苯酚时发现，苯酚的初始浓度、Fe知浓度以及电流
密度等都是影响降解速率的重要参数。电一Fent鲫充分利用
了Fenton试剂和电化学装置．废水中的有机物除被H0·氧
化外．电一Fencon技术的吸附作用和氧化也会加快化学制药
废水中的有机物的降解。在化学制药废水处理中．电一Fenton
与光一Fenton相比，电．Fent∞技术自动产生HA的机制相
对完善。但是。在处理废水的过程中需要考虑电反应装置的
成本、耗电量以及反应参数的控制。
(3)超声一Fenton技术。超声一Fenlon一方面能使H202分
子裂解产生H0．．增加反应体系的活性因子．提高有机物的
降解速率。另一方面可原位生成HA，减少药剂的投入量。
前人研究表明了利用超声波辅助Fen协n氧化技术能提高
基金项目：吉林省科技厅自然科学基金项目(项目编号：20140101215Je)；吉林省科技发展计划项目(项目号：201205076)；工业生态与环境工
程教育部重点实验室开放基金，KuEEE一13—07；吉林省教育厅项目(项目编号：吉教科合字[2015]第225号)
作者简介：任百祥(1964～)，男，吉林省农安县人，硕士，教授。
万方数据 201 6，NO．5．
COD的去除率。Ranjit[5]等研究超声一Fenton对2，4．二氯苯酚
(DCP)的降解，与传统Fent明技术相比，Fe2+和H202使用量
可以分别减少50％和31％：而张小丰[s等在利用超声一Fenton
降解制药废水．出水的色度去除效率达到97％．COD去除率
达到71．5％。由此可见，超声一Fent叩降解制药废水的方法操
作简单，降解效率高．药品投入量少，但超声一Fenton高级氧
化技术由于超声的制备工艺及成本昂贵等问题．限制了该技
术的推广程度和使用范围。
3非均相Fenton
与均相Fenton反应相比．非均相Fenfon设备简单、成本
低、技术要求低、拓宽pH的适用范围且易分离回收。
(1)金属一Fenton体系。M呻鲫KaIIeI等人【7]以含酚类化
合物的废水作为处理对象．采用螺旋状铁丝作为铁源的
Fent叩体系进行处理，在pH=2．0～4．0，H瘦投量为9．5mof，L
的条件下，酚类化合物的去除率为50％．但是铁的表面形成
铁的氧化层抑制了降解效率。而Y．Segu阳等【8]以零价铁粉
(zVI)和H力：形成的Fent帅体系来处理化学制药废水，TOC
去除率为70％。研究表明，在ZVI厂r0C=1 2，Hz0丌0C=3．2时，
TOC去除率为80％。前人研究了用零价纳米铁，F明ton试剂
处理制药废水是可行的．而Moon[9]等利用纳米零价铁和
H扣：共同使用，TOC去除效果更佳，且连续投加纳米零价铁
和H：0：比一次性加入纳米零价铁和H：0：的TOC去除率高。
零价铁一Fenton试剂对制药废水具有较好的去除效果．且具
有原材料来源广泛、价格低廉等优点。对零价铁进行改性或
者增大铁与溶液接触的比表面积可以使j导反应效率增加．在
一定程度上可以防止铁的溶出，但在处理过程中对pH值范
围控制较为严格．且反应过程中形成的铁氧化物层会对反应
进程起到抑制的作用。
(2)负载型金属催化剂一Fenlon体系。负载型金属催化剂，
H20：体系依靠一定的方法或手段把金属或金属离子与稳定
的载体碳结合在一起．而炭载金属催化剂的组合体再与
H20：作用降解污染物。有学者㈣研究得出Fe20，C催化活性
大小顺序：Fe203粉末C>Fe203／20．40目C>Fe20水0—80目c>
Fe203／8—16目C>Fez03／3目C>Fez03／柱状C；Fe2VC催化活性：
Fe2+，彩}末C>Fe2+，20—40目C>Fe2+，40—80 El C>FFe2十，8—16目
C>Fe2+／3目C>Fe2+／柱状C。催化活性Fe203／C稍高于相同条
件下Fe2+，C。随着催化剂使用次数的增加，Fe20担0。40目C
和Fe2+／20—40目C更为稳定，Fe20，20～40目C比Fe2+／20～40
目C有更好的催化稳定性。由此可见．虽然C载金属催化剂
合成复杂，使用寿命有限，但C载催化剂的使用拓宽了pH
范围，节省了物料和能耗．减少了含铁污泥的产生．相对于均
相催化剂来说．非均相催化剂可以与溶液分离并重复利用，
具有经济适用性。
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链塑塞竖冀I ISSNl672—9064。一_
CN35—1272，TK ●
4结语
Fenton高级氧化技术作为预处理工艺．可进一步提高制
药废水的可生化性．其还可以对化学制药废水进行深度的处
理。Fenton高级氧化技术优点诸多，如氧化能力强、有机物降
解率较高．工艺比较简单。但是Fenton高级氧化技术处理化
学制药废水时使用成本较高。消耗的能量和物质与其他方法
相比较多．其中有部分的工艺设备较为复杂．具有一定的局
限性。FenIon高级氧化技术的未来向着降低处理成本和处理
实际问题的方向发展，如：将Fen幻n技术与其他的水处理技
术结合处理化学制药废水．在保证降低成本的同时．达到更
好的降解效果；开发高效的Fenton反应装置，以改善Fenton
技术处理废水所需药剂投加量大的情况：开发具有强催化氧
化效果、易于从溶液中分离且制作工艺简单的新型非均相
Fenton催化剂．减少物耗。
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