H2O2与催化剂Fe2+构成的氧化体系被称为Fenton试剂,是100多年前由H.J.Fenton发明的一种不需要高温高压且工艺设备简单的化学氧化水处理技术。Fenton试剂之所以具有非常强的氧化能力,是由于H2O2与催化剂Fe2+反应,能生成HO·,比其他一些常用的强氧化剂具有更高的氧化电极电位(OH·+H++e-=H2OE=2.8V),其氧化活性大约是Cl的2倍,位于O和F之间。因此,Fenton试剂法对废水中的有机污染物去除率较高,COD的去除率一般在60%以上。Fenton试剂氧化一般在常温常压下进行,在pH值为3.5时HO·生成速率最大。Fenton试剂法由于工艺简单、处理效率高、操作简单等,近年来得到了较快发展。但也由于该系统Fe2+浓度大,处理后的水可能带有颜色;Fe2+与H2O2反应降低了H2O2的利用率;反应体系要求在较低pH值范围内进行等,导致色度超标和运行成本较高,在一定程度上影响了该系统的推广应用。近年来,为进一步提高处理效率,降低运行成本,研究人员开发出类Fenton试剂法,如电/Fenton试剂法、紫外光/Fenton试剂法、紫外光-可见光/H2O2/草酸铁法、微波/Fenton试剂法、超声波/Fenton试剂法等;Fenton流化床工艺[7];催化Fenton试剂法[8]等,有效地提高了处理效果,降低了运行成本。今后应在以下几个方面进行深入研究:①Fenton试剂法与其他高级氧化技术结合的类Fenton试剂法的技术开发;②类Fenton试剂法的反应机理研究;③在保证处理效率的前提下,拓宽对反应体系pH值范围的研究。以上介绍了目前研究较热的几个高级氧化技术,它们可单独应用于污水处理,但往往处理效果不理想或运行成本过高。只有将各种技术联合运用,才能有效地处理各种复杂的污染物,达到高效实用的目的。采用何种工艺组合需视具体情况而定,目前出现的UV/O3、UV/H2O2、铁碳微电解+芬顿试剂等联合工艺就是多种技术联合运用的典范。
铁碳微电解法是利用金属腐蚀形成原电池的原理对废水进行处理的工艺。由于该技术具有适用范围广、处理效果好、成本低廉等特点,自诞生开始,就引起了广泛的重视,且已产生众多专利。铁碳微电解反应器中一般装填铁屑与炭粒。铁屑是纯铁和碳化铁的合金,碳化铁和杂质以极小的颗粒状分散在铁屑中。当铁屑浸没在废水溶液中时,就构成一个完整的微电池回路,形成了无数个腐蚀微电池。而在铁屑中再加入炭粒时,铁屑与炭粒接触,则可形成大原电池,使得铁屑在受微电池腐蚀的基础上,又受到大原电池的腐蚀,这就加剧了铁屑的腐蚀。电极反应的产物具有高化学活性,它可与溶液中的化学物质反应,从而达到去除化学污染物的目的。由于该体系是利用金属腐蚀原理,因此反应一般在酸性条件下进行,pH值为3~4,铁炭比为(1~2)∶1。铁碳微电解技术因具有处理效果明显、投资少、运行费用低、实用性强的优点,在染料、印染、农药、制药、石油化工、重金属等废水处理方面得到广泛的研究和应用。铁碳微电解柱在运行一段时间后,填料表面会形成钝化膜,同时填料易结块,阻碍 了填料与废水的有效接触,使得微电解柱内部废水流态恶化,导致处理效果降低。为解决这一问题,研究者从反应器结构、填料组合、填料再生、增加曝气 等方面进行研究,在一定程度上改善了填料板结现象。如将铁碳固定床改为水平转动的筒体,让填料在筒体内翻转混合,可解决板结问题[9]。还可将铁、炭、膨润土和锯末按一定比例混合,经高温焙烧制成填料,解决板结问题[10]。对铁碳微电解技术的研究,目前集中于如何提高处理效率、解决填料板结及再生、扩大应用范围等方面。今后的研究应关注以下几个方面:①催化微电解工艺的开发,在填料中引入催化剂,以提高处理效率;②解决填料钝化及板结问题;③微电解反应是在酸性条件下进行,反应器前后调pH值较繁锁,同时加大了运行成本,需研究在中性条件下的处理技术;④铁碳微电解法与其他处理方法的联合应用,以发挥其协同作用,提高废水处理效率。
4高效微生物法