微電解-Fenton氧化聯用技術在工業廢水處理中的應用研究進展

摘要：微電解與Fenton氧化是水處理的重要方法，二者可以聯合使用。本文結合微電解-Fenton氧化聯用技術的水處理原理，綜述微電解-Fenton氧化聯用技術在工業廢水處理中的應用研究進展。分析表明，微電解-Fenton氧化聯用技術對工業廢水有較好的處理效果，應用前景廣闊。

關鍵詞：微電解-Fenton氧化；水處理原理；工業廢水；應用

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）07-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.07.025

Research progress on application of micro electrolysis-Fenton oxidation combined technology in Industrial wastewater treatment

QIAO Tianyu， YANG Kailin， FENG Mingming， WU Mingmin， WANG Guoqiang， WANG Weibin， GAO Jiawei

（Lanzhou Jinchuan Technology Park Co.， Ltd.， Lanzhou 730000， China）

Abstract： Micro electrolysis and Fenton oxidation are important methods for water treatment， and they can be used in combination. Combined with the water treatment principle of micro electrolysis-Fenton oxidation combined technology， this paper summarizes the application research progress of micro electrolysis-Fenton oxidation combined technology in industrial wastewater treatment. Analysis shows that the micro electrolysis-Fenton oxidation combined technology has good treatment effects on industrial wastewater， and has broad application prospects.

Keywords： micro electrolysis-Fenton oxidation; water treatment principle; industrial wastewater; application

環境問題一直是制約全球經濟發展的主要問題之一。改革開放以來，我國工業快速崛起，環境污染問題日益凸顯，尤其是生產過程中產生的有毒、有害和生物難降解的廢水，更是對地下水和生態環境造成不可逆轉的污染[1-2]。針對水污染問題，當前迫切需要研發高效的廢水處理技術，削減有機污染物，實現廢水達標排放[3]。高級氧化技術對工業廢水中的長鏈有機物有較好的降解效果，其中，微電解-Fenton氧化聯用技術具有設備簡單、處理效率高和無差別氧化等特點，被廣泛應用在工業廢水處理中[4]。

1 微電解-Fenton氧化聯用技術的水處理原理

1.1 微電解原理

微電解是以原電池原理為基礎，利用廢水中鐵（陽極）、碳（陰極）之間存在的電位差，在電解質溶液中形成微小的原電池系統，利用微弱的電流分解有機物，使大分子有機物開環解鏈，分解為小分子物質[5]。反應過程產生新生態的Fe2+和活性中間體[H]，它們也會發生氧化還原反應，進一步分解有機物。陽極反應如式（1）所示，陰極反應如式（2）

所示。

（1）

（2）

1.2 Fenton氧化原理

Fenton氧化以H2O2與Fe2+混合而成的Fenton試劑為基礎，該混合溶液具有強氧化性，能有效地將羧酸、醇、酯類有機物氧化為無機態，去除有機物的效果較好[6-7]。研究表明，H2O2與Fe2+反應可以生成羥基自由基（·OH），羥基自由基電位達到2.80 V，氧化還原電位相比其他氧化劑較高，具有強氧化性，可以氧化廢水中大部分還原性組分。Fenton試劑可對水中大多數生物難降解的有機物進行無差別氧化，將有機物氧化還原為小分子物質，此方法操作簡單，特別適用于處理工業廢水[8]。涉及的主要反應如式（3）所示。

（3）

2 微電解-Fenton氧化聯用技術在工業廢水處理中的應用

2.1 印染廢水

隨著印染行業的蓬勃發展，生產期間會產生大量印染廢水，而印染廢水含有毒有害物質，因此高污染廢水處理成為行業發展面臨的主要問題。印染廢水的特點是產生量大、大分子有機污染物濃度高且難以分解，色度高，毒性大，一直限制行業健康發展。姜興華等[9]采用鐵炭微電解-Fenton聯合氧化技術對印染廢水生化處理的出水進行深度處理，最佳試驗條件是pH為2～3，H2O2添加量為廢水體積的3%，鐵炭體積比為1∶1，反應時間為90 min，色度去除率為99%，化學需氧量（COD）的去除率大于90%，處理效果較好。

2.2 煤化工廢水

煤焦化、煤氣化和煤液化都屬于煤化工行業，而煤化工廢水含有大量固體懸浮顆粒、難降解的有機污染物和對環境有害的有毒物質，因此廢水COD和色度都很高，屬于處理難度較高的工業廢水。范樹軍等[10]采用微電解-Fenton氧化組合工藝對含高濃度有機物的煤化工廢水進行預處理，經單因素試驗，最佳工藝條件下，微電解進水pH保持在2左右，反應時間為20 min，Fenton氧化段pH保持在4左右，H2O2投加量為廢水體積的3%，反應時間為60 min，處理后的COD去除率為60%～70%。因此，采用聯合工藝對煤化工廢水進行預處理，可有效提升可生化性。

2.3 制藥廢水

制藥廢水是一種污染物濃度高、毒性較大的難降解有機廢水。制藥廢水成分復雜，可生化性差，殘留抗生素等污染物，對環境造成很大的危害。程婷等[11]采用微電解-Fenton氧化組合工藝深度處理制藥廢水，對試驗進行單因素分析，考察不同因素對COD去除率的影響，得到最佳試驗條件，即鐵碳與廢水的固液比為1∶10，鐵碳質量比為1∶1，廢水pH為2.5，反應60 min，H2O2投加量為12.24 mmol/L，處理后的COD去除率達71.56%。因此，微電解-Fenton氧化組合工藝可以有效處理高濃度制藥廢水，顯著提高其可生化性。

2.4 垃圾滲濾液

垃圾滲濾液由垃圾本身的水分和填埋場富集的雨雪水組成，是一種高濃度的有毒有害廢水，直接排入管網，會嚴重污染水體，造成生態危機。朱兆連等[12]分別采用鐵碳微電解和鐵碳微電解-Fenton氧化聯合工藝處理垃圾滲濾液，探究各個單因素對廢水處理效果的影響。單獨使用鐵碳微電解對垃圾滲濾液進行預處理，最佳試驗條件下，廢水pH為3，鐵碳質量比為1∶4，反應時間為60 min，處理后COD去除率達到51.8%。采用聯合工藝對垃圾滲濾液進行預處理，最佳試驗條件下，H2O2投加量為廢水體積的11%，反應時間為100 min，處理后的COD去除率為63.8%。比對發現，聯合工藝的去除能力優于單一工藝，能深度氧化有機物。

2.5 冶煉廢水

有色金屬行業屬于高污染行業，重點體現在廢水污染，重金屬污染嚴重，因此，合理有效地處理冶煉廢水是有色金屬行業綠色發展的關鍵。有色金屬行業廢水的重金屬與懸浮物濃度較高，而且酸性普遍較強，對生態環境造成不可逆的影響。周海飛等[13]運用鐵碳微電解-Fenton氧化組合工藝處理有色金屬冶煉廢水，考察各種因素對處理效果的影響。最佳試驗條件下，廢水pH保持在2.5，反應1.5 h，用活性炭吸附有機物，投加量為7.5 g/L，活性炭循環4次，H2O2投加量為廢水體積的5%，反應溫度為40 ℃，反應3 h。處理后，COD去除率超過90%，達到有色金屬行業對COD的排放要求。

2.6 炸藥廢水

炸藥廢水是一類重度污染的廢水，含有多種有毒有害的有機物和難生物降解物質，如果不加處理而直接排放，會造成水體富營養化，威脅動植物的健康。顧炳林等[14]采用鐵炭微電解-Fenton氧化工藝對稀釋后的炸藥廢水進行處理，分別進行單因素分析，最終得到最佳試驗參數。微電解進水pH為3，反應時間為45 min，鐵碳質量比為1∶1，Fenton氧化反應pH保持在2，反應時間為2 h，H2O2投加量為廢水體積的5%，最終COD去除率為99.30%。

2.7 造紙廢水

造紙廢水是較常見的工業廢水，具有流量大、污染物濃度高、難降解成分多、可生化性差的特點。李海松等[15]采用微電解-Fenton氧化聯合工藝預處理造紙廢水，探究各單因素對處理效果的影響。微電解進水pH為3，鐵碳質量比為1∶1，H2O2投加量為廢水體積的3%，反應時間為75 min，處理后COD去除率達到75.43%，造紙廢水色度和懸浮顆粒物濃度明顯降低。因此，微電解-Fenton氧化聯合工藝對高濃度造紙廢水有較好的處理效果。

2.8 石化廢水

石化廢水是石油化工企業生產過程中產生的高濃度有機廢水。因為石油化工產品種類繁多，產品變化較快，反應的副產物和原料復雜，所以水質變化較大，廢水中有機物含量高，其中含有多種重金屬，它是行業內認定的較難處理的工業廢水。周杰等[16]開展單因素試驗，考察不同因素對廢水處理效果的影響。最佳試驗條件下，鐵碳質量比為1.5∶1.0，微電解進水pH為4，反應時間為120 min，鐵炭微電解出水的可生化性顯著提高，H2O2投加量為廢水體積的3%，反應60 min，Fenton氧化出水COD去除率為72.17%。因此，微電解和Fenton氧化協同處理石化廢水的效果顯著，其可生化性得到有效提高。

2.9 制革廢水

制革廢水是制革過程產生的工業廢水，主要特點為色度高、成分復雜、懸浮物較多、可生化性差、含有毒物質，處理難度大，無時無刻不威脅著人類賴以生存的生態環境。李艷等[17]采用微電解-Fenton氧化協同工藝預處理制革廢水，并做單因素分析。最優條件下，微電解進水pH為3，反應1 h，鐵碳質量比為1∶1，在系統中投加200 g鐵屑補充Fe2+，Fenton氧化反應中，H2O2投加量為廢水體積的3%，反應時間為50 min。最優條件下，經微電解-Fenton氧化處理，COD去除率能達到80%左右，出水水質得到較大改善。

2.10 氯化蔗糖工藝廢水

氯化蔗糖是以蔗糖為原料而合成的甜味劑，生產過程中產生的工藝廢水有機污染物濃度較高，含二甲基甲酰胺、環己烷、三氯乙烷等。水質特點是COD濃度較高、難降解、色度高等，難以直接進行生化處理。因此，工藝廢水需要進行預處理，提高可生化性。魏力等[18]用微電解-Fenton氧化聯合工藝降低廢水的COD，提高其可生化性。其間通過單因素分析探究不同因素對廢水處理效果的影響，并用平行試驗對比處理前后廢水的可生化性。試驗結果表明，微電解進水pH為4.0，鐵屑投加量為36 g/L，鐵碳質量比為3∶1，微電解時間為60 min，H2O2投加量為16 mL/L，Fenton氧化反應體系pH為4.0，反應時間為55 min，COD去除率達到90%，COD從原水的11 000 mg/L降至6 000 mg/L，可生化性大幅度提高。

2.11 酚醛樹脂廢水

酚醛樹脂是一種人工合成塑料，主要用在人造板材、木材黏合劑、玻璃絕緣粘等，以酚類物質和醛類物質縮聚而成的環氧樹脂目前多采用苯酚和甲醛作為原料。因此，酚醛樹脂生產廢水中COD最高超過15 000 mg/L，是典型的高濃度有機廢水。這類廢水含有大量的游離酚和游離醛，會對生物造成很強的毒害作用，屬于較難處理的工業廢水，如果直接排放，會對環境造成嚴重破壞。呂陽[19]采用微電解-Fenton氧化法處理酚醛樹脂生產廢水，通過單因素分析得到最佳試驗條件。兩級微電解反應45 min，進水pH為3.0，曝氣量為2 L/min；出水調節pH到3.0～3.5，進行Fenton氧化反應，H2O2加入量為10 mL/L，硫酸亞鐵投加量為6 g/L，反應90 min。最終COD去除率達到57.1%，游離酚平均去除率達到98.3%，甲醛平均去除率達到85.9%。因此，微電解-Fenton氧化聯合工藝處理酚醛樹脂廢水，能大幅度降低COD、游離酚和甲醛，提高可生化性。

2.12 油田壓裂廢水

油田壓裂作業可使油氣井增產，但隨著開采力度增大，大量的壓裂反排液產生，這種廢水含有懸浮物、石油類和一些化學添加劑，有機物含量較高，毒性大，可生化性差。王順武等[20]采用微電解-Fenton氧化-絮凝組合工藝處理油田壓裂廢水。最佳工藝條件下，微電解進水pH為3.0，鐵屑加入量為1.5 g/L，微電解時間為80 min，Fenton氧化反應120 min，H2O2加入量為940 mg/L，聚丙烯酰胺（PAM）加入量為

120 mg/L。預處理后，COD降至681.3 mg/L，COD去除率達78.1%，出水水質滿足油田井場的回注標準。

3 結論

微電解-Fenton氧化聯用技術可無差別對有機物進行氧化分解，是處理高濃度廢水的較好工藝選擇，近年來被廣泛推廣使用。該聯合工藝不僅可以有效氧化有機物、降低色度，還能提高廢水的可生化性，減小后續生化處理負荷，提升處理效果。單獨使用微電解或Fenton氧化，處理效果一般，COD去除率有限，協同作用會使處理能力增強。因此，在未來的應用研究中，要聯合其他工藝進行協同處理，提高氧化效率和針對性，同時著重解決鐵泥產生量大的問題，形成優勢互補，真正實現綠色無害化處理。

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