电芬顿在废水处理方面的研究现状与发展

王晓凡 冯瀚增 陈忠林 王杰

摘要：由于市场经济的快速发展，在所有工业生产过程中都不可避免地排放大量含难以生物降解有机污染物的工业废水，针对这一类工业废水，可以尝试使用电芬顿技术加以解决，该技术不仅能够适用于含量非常高的有毒、难以生物快速降解有机污水的处理，同时还具备了能耗小、处理成本低等优点。基于此，本文将针对电芬顿法在废水处理方面的应用，作出一定程度的研究。

关键词：电芬顿法;废水处理;研究现状;发展

引言

随着有关科学研究工作的开展，高级生物氧化法在工业废水处置领域获得了广泛地运用，通过产生氧化力极强的羟基自由基（·OH）来降解废水，从而提高可生物降解性能。高级氧化法还具有反应快速、抗氧化效果显著、不易形成新污染物的优点。而电芬顿法作为一项新兴的先进抗氧化技术，可以更高效地处理印染工业废水、生活垃圾渗滤液和苯酚工业废水等各种工业废水。

一、电芬顿反应原理及分类

1、电芬顿反应原理

总体而言，电芬顿反应主要是由电极反应过程中生成的双氧水和（或）二价铁离子，形成羟基自由基·OH并产生一些链式反应，来实现有机污染物降解。第一步，在反应式（1）中，由在酸性水溶液中溶解的金属物质与阴极表面进行氧化还原反应，连续反应产生过氧化氢。之后，溶液中的游离的金属离子与过氧化氢发生反应，生成羟基自由基，进一步反应得到三价铁离子，如反应（2）所示。然后，水溶液中的三价铁离子又被还原成为亚铁离子，过程如反应式（3）所示。

又因为亚铁离子与双氧水反应生成强氧化剂羟基自由基（·OH），使反应能够循环地处理有机污染物。使其氧化分解为二氧化碳、水和无机离子，如反应式（4）和（5）所述。

2、电芬顿法分类

（1）亚铁离子与过氧化氢均由电化学方法制造，铁在阳极失去了二个电子而被氧化为亚铁离子，同时，溶解的氧也在阴极板上被还原为过氧化氢，在电解槽里同时形成了相同摩尔数的亚铁离子与过氧化氢，然后又在亚铁离子的催化作用下和过氧化氢反应得到了羟基自由基，就这样完成电芬顿反应，从而降解了有机物。

（2）将双氧水通过氧化物在阴极上完全还原，接着又与刚加入的亚铁离子再形成芬顿反应而得到羟基自由基，同时获得了已被完全氧化的三价铁离子，随后三价铁离子又在阴极上再被完全还原成二价铁离子，最后它又和在负极形成的过氧化氢再进行电芬顿反应，这样形成了一次次循环，从而高效地降解了有机污染物。

（3）Fe2+通过阳极氧化产生，H2O2由外部投加，Fe2+与加入的H2O2发生芬顿反应，剩下的过程同类型（2）。

二、电芬顿法目前在废水处理中的应用

1、印染废水

我国在推进生态文明工程建设中所面临的情况仍旧是非常严峻的，生态环境的保护工作任重道远。近些年来，伴随着我国实体经济的持续快速增长和我国人民物质生活水平的改善与提升，人们关于生态资源的综合开发和利用能力空前增强，加之由于我国居民的人口基数较大、对资源的需求量较高，致使其中的资源紧张现象日益突显，生态资源对于推动我国实体经济和社会进步的制约性作用也越来越明显。当前，我国还是存在一些突出的自然和生态环境方面的问题，这些突出的自然和生态环境问题，引发了广大人民群众的强烈反应，并且也日益地发展成为了新的国际和社会焦点。随着我国经济社会的不断发展进步，生态保护问题逐渐被人们所关注，环境保护的理念也开始提上日程。在此大环境之下，印染行业由于其能耗高，废水量排放大，而给环境带去了巨大的压力，因此，对于印染行业的污水处理加强监管力度，提出新的处理方法就显得至关重要了。又因为印染废水当中往往含有多种化学物质，其结构复杂，处理起来也就显得更加的困难了。传统的印染废水处理由于需要的设备庞大，其占用的土地面积也较大，建设费用消耗得较多，而且处理效果也不尽如人意。与之相比，现下流行的电芬顿法其优势就较为突出了。电芬顿法可以生成氧化性较强的羟基自由基，因此可以有效处理难降解的有机物，而且操作简便，也易于控制，不会产生二次污染。

石申等利用自制的电芬顿反应器对印染废水进行处理进行了有关研究，发现pH、曝气量、反应时间等因素均可以对处理效果产生影响。在pH=3，曝气量为0.1m3·h-1，反应时间为40min的条件下，COD的去除率可以达到73.5%，处理效果良好。通过很多课题的研究可以发现，电芬顿法可以有效帮助人们处理生活垃圾以及工业生产中的废弃物，帮助构建一个生态良好的社会。

2、垃圾渗滤液

保护和维持生态文明，是事关国家利益、事关群众福祉、事关中华民族未来的一项重要之计。十八大将我们党对国家开展的生态文明工作提升到了前所未有的国家战略性高度，在全面建成社会主义现代化经济体制建设小康社会的宏观奋斗目标中，对国家开展的生态文明工作提出了明确要求，并做出了全面部署。这也就标志着我们共产党对于社会发展的规律和国家生态文明的建设的重要性认识已经达到新的层次。

由于中国城市覆盖面的扩大以及城市人口规模的日益扩大，中国城市生活垃圾产生数量也逐渐递增。生活废弃物在堆积或者回填的过程中，会形成大量的垃圾渗滤液。如不加以无害化处置，极易引起水体的富营养化现象。而常规的垃圾渗筛液处置技术存在着处理周期长，设施的基建与运营费用高昂，以及药物容易残留等弊端。而电芬顿法作为一个环境友好型的新型污水处理技术，在常温条件下，可以利用外部电场生成羟基自由基以及某些氧化性较强的化学物质，不但可以降解水中的污染物，还可以杀死水中的病菌。

3、苯酚废水

钢铁、石化、印染等重工业领域，已成为了体现我国工业经济发展水平的重要指标。但在这些行业发展中却形成了大量的不易降解的有机废弃物。所谓酚类及其衍生物，是指在工业废水污泥中常见的毒性较高，而且无法完全被降解的有机物。在各种酚类化合物中，以苯酚的危害性最高，所以苯酚工业废水也被确立为优先处理对象，并受到世界各国环境保护局的高度重视。而电芬顿法所得到的，氧化性较强的羟基自由基既可以无选择性地降解有机物，又可以诱导有机物进行自身氧化。所以电芬顿法已逐渐成为处理苯酚污染物的优选方式。

三、电芬顿法的展望

电芬顿法近年来在中国国内外的科学研究中尚处在实验开发阶段，与其他的电化学传感器水处理技术一样，都存在着电流效率较低、能耗大以及运营成本高的缺点，严重影响了电芬顿法的实际应用。所以，除了在对电极材料的研发以外，寻求合适的生态能源也将成为科研的另一個方向。而太阳能发电则是目前最理想的发电方法，在水处理电化学应用领域中具有很大的前景。同时，太阳光也能够为光电芬顿反应提供大量光子，并为光电芬顿补充了可替代的辐射能量。

结束语：

现已证明电芬顿法是一项很具有前景的处理技术，它同时还具有操作简便、反应速度快、能耗低、处理效率高的优势。若能将电芬顿法进行较为深入的研究与探讨，既可改变工业废水处理方法，又可改善自然环境，进而推动生态可持续发展。通过研制新型反应器并且优化处理工艺参数，利用电芬顿法和其他先进生态水处理技术的协同处理，将是电芬顿法未来的主要研究趋势。

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*通讯作者：王杰（1981—），女，博士，高级实验师，研究方向：环境污染控制。