電Fenton法降解廢水中有機物的研究現狀及進展
1、電Fent on法的類型與機理
1.1 EF-Fenton法
該法又稱陰極電解Fenton法,其基本原理是O2在陰極還原為H2O2,并與Fe2+發生Fenton反應生成OH·,OH·繼而將有機物氧化為CO2和H2O,或者小分子有機物。
O2+2e+2H+→H2O2 (1)
H2O2+Fe2+→Fe3++OH-+OH· (2)
OH·+有機物→CO2+H2O+小分子有機物 (3)
反應(1)中的O2可以通過外界曝氣的方式引入至電解反應器的陰極,也可利用陽極依據反應式(4)或(5)析出的O2。
2H2O→O2+4H++4e(酸性介質) (4)
4OH-→O2+2H2O+4e(堿性介質) (5)
該法中Fe2+一般通過外部添加,反應開始后Fe2+會被迅速氧化為Fe3+,但Fe3+在直流電場的作用下遷移至陰極表面,并被重新還原為Fe2+,而H2O2可在陰極連續產生,這樣就保證了Fenton反應持續發生。EF-Fenton法中陽極通常為不溶性陽極材料,如石墨、鈦基氧化物電極或其他貴金屬材料,陰極通常為石墨、活性炭纖維等。當電化學反應器的陽極采用不溶性陽極材料時,陽極表面就可以產生OH·,反應式如下:
2H2O-2e→2OH·+2H+(酸性介質) (6)
OH--e→2OH·(堿性介質) (7)
因此在EF-Fenton法中不但可通過Fenton反應產生OH·,陽極亦可產生OH·,這即是EF-Fenton法可高效降解有機物的原因。
1.2 EF-Feox法
又稱犧牲陽極法,以鐵作為陽極材料,電解時鐵被氧化溶解生成Fe2+,與外部添加的H2O2或O2在陰極還原產生的H2O2發生Fenton反應生成OH·。在EF-Fenton法和EF-Feox法中,反應過程結束后,水中的鐵離子必須被去除。一般通過調節pH值使鐵離子形成沉淀。鐵離子沉淀過程可起到絮凝去除以膠體形式存在的有機物及部分大分子有機物的作用。該法中由于陽極材料的溶解,因此需要經常更換陽極材料;H2O2由外部添加,故試劑費用較高。
1.3 FSR法
FSR法即Fenton污泥循環系統,又稱Fe3+循環法。該系統包括一個傳統的Fenton反應器和一個將Fe3+轉化為Fe2+的電化學反應器。在Fenton反應器內Fe2+轉化為Fe3+,在電化學反應器內Fe3+被還原為Fe2+,然后重新進入Fenton反應器再次利用。該工藝可以實現鐵鹽的循環使用,避免了大量含鐵污泥的處置問題。另外,EF-Fenton法和EF-Feox法同樣也可通過增加一個電化學反應器的方式實現鐵離子的循環。利用上述各種電Fenton法處理含有顆粒物或膠體物廢水時,由于鐵鹽的存在,水中膠體脫穩,且少量鐵鹽形成沉淀起到絮凝作用,造成部分膠體態有機物和顆粒態有機物被吸附或網捕。電解產生的氣體(H2、Cl2、O2等)與吸附有機物的沉淀結合,在浮力作用下,上升到液面,從而將部分膠體態有機物和顆粒態有機物從水中清除。
2、與其他高級氧化技術的特點比較
濕式氧化(WAO)方法是在高溫(150～350℃)、高壓(0.5～20 M·Pa)下利用O2或空氣作為氧化劑,氧化水中呈溶解態或懸浮態的有機物或還原態的無機物,達到去除污染物的目的。超臨界水氧化技術具有反應速度快、氧化效率高的特點,但是超臨界技術的發展還不夠完善,對反應條件和設備的要求也過高。與濕式氧化和超臨界氧化相比,電Fenton法可以在常溫常壓下進行,且有機物礦化度更高;光化學(催化)氧化就是氧化劑在光的輻射下產生氧化能力較強的自由基,通過這些強氧化性的自由基來氧化污染物的過程,根據氧化劑的不同光氧化可分為UV/H2O2、UV/O3、UV/H2O2/O3等系統。光化學(催化)氧化技術具有操作簡單、反應條件溫和的特點,但是也存在光能的利用率低以及催化劑價格昂貴的缺點;與普通Femon法比較,電Femon法雖然增加了能耗,但有機物氧化效率得到提高,且可節約試劑費用;與普通的電化學氧化相比,電Femon法由于鐵鹽的引入,使電導率提高,因此不但有機物降解效率大幅度提高,且更節省電耗。隨著高性能電催化材料和電化學反應器的不斷發展,工藝研究的日臻完善,電Femon法用于有機物降解有著良好的前景。
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