光Fenton处理中低浓度含磷有机废水

北极星环保网讯:摘要：光Fenton技术是一种有效的处理难降解有毒有机废水的高级氧化技术，近几年来引起人们的极大关注。本文采用光Fenton方法处理中低浓度含磷有机废水，借助钼酸铵分光光度法分析检测处理后废水中总磷含量。结果显示:  处理后废水中总磷含量<1mg/L，达到电镀污染物排放标准，总磷去除率达到95%以上。该方法操作简单，无二次污染且经济可靠，是处理含磷有机废水简便可行的方法。

一、前言

磷为常见元素，在地壳中的含量约为0.118%。磷普便存在于生物体的细胞、骨胳和牙齿中。磷在自然界中都是以各种磷酸盐的形式出现，它们分为正磷酸盐、缩合磷酸盐(焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐)及有机结合的磷(如核酸、卵磷脂、植酸及各种磷脂酸)[1]。磷是构成动植物和人体所必需的元素，与生命体密切相关，是新陈代谢过程必不可少的元素。一般天然水体中磷酸盐含量不高，化肥、冶炼、电镀、合成洗涤剂等行业的工业废水及生活污水中常含有较大量的磷。但水体中磷含量超过0.2mg/L，可造成藻类及其他浮游植物的过度繁殖，从而形成富营养化，造成湖泊、河流的透明度降低，水质变坏[2-3]。

目前国内外常用的除磷方法[4]有：化学沉淀法[5](包括钙法除磷和混凝辅助化学沉淀法)、生物法[6-8](包括A/O工艺[9]、A2/O工艺[10-11]、SBR工艺[12-13]、氧化沟工艺[14-16]、生物膜与活性污泥相结合除磷新工艺[17-18]、BCFS工艺[19-20]、A2N工艺[21]、MSBR工艺[22])、吸附法[23-28]、离子交换法[29-30]、电化学除磷[31-36]及Fenton除磷[37-40]等。本文将采用光Fenton的方法处理中低浓度含磷有机废水中的磷。

Fenton法是以人名来命名的为数不多的无机化学反应中的一种，它是由化学家Fenton H J于1893年发现的[41]。Fenton H J  经混合H2O2与Fe2+得到，这二者的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态化合物，氧化效果很明显。此后半个多世纪中，人们对这种氧化性试剂的应用报道并不多，原因是Fenton试剂的氧化性极强，一般的有机物可完全被氧化为无机物。而作为有机合成所需的选择性氧化剂，Fenton试剂氧化性太强了，难以有所作为。直至它在降解持久性有机污染物方面表现出独特的优势，它可以将大分子有机物降解为小分子有机物或直接氧化成无机物CO2和H2O[42-43]。

Fenton法(即H2O2/Fe2+)以H2O2为氧化剂，Fe2+为催化剂来催化H2O2的反应[44]。H2O2在无催化物质存在下反应速率较慢，可是当有Fe2+存在时，其反应激烈并产生大量羟基自由基，氧化能力仅次于氟。具有强氧化能力的˙OH可氧化水中难分解性有机物，使其由大分子分解成小分子。另外，Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，将大量有机物凝集而去除。但Fenton反应仍存在一些缺点，如H2O2的利用率低，产生的˙OH少，而HO2˙多，且HO2˙的氧化性较弱，有机物矿化不充分。因此，有学者采用UV光来进行改善Fenton反应的缺点。H2O2/UV可有效用于氧化多种有机物已经被证明，但其缺点是反应速率慢，故结合Fenton反应快速的优点，于是发展起来所谓的光Fenton，即H2O2/UV/Fe2+，亦即反应体系在光的照射下，可以提高其处理效率和对有机物[45-48]的降解程度，降低Fe2+的用量，保持H2O2较高的利用率。

二、光Fenton反应原理

在酸性条件下，H2O2在催化剂Fe2+的存在下，生成强氧化能力的˙OH，并引发产生更多的其它活性氧，实现对有机物的降解，其氧化过程为链式反应。其中以˙OH的产生为链的开始，其他活性氧和反应中间体构成链的节点，反应体系在紫外光的照射下可将Fe(OH)2+等络合物转化为Fe2+，使Fe3+/Fe2+维持良好的循环，进而加速H2O2产生˙OH的速度。各活性氧之间或活性氧与其它物质之间的相互作用，使活性氧被消耗，反应链终止。反应机理[49-50]可归纳如下：

Fe2++H2O2→Fe3++˙OH+OH-

˙OH+Fe2+→Fe3+ +OH-

˙OH+H2O2→HO2˙+H2O

Fe3++H2O2→HO2˙+Fe2++H+

HO2˙+Fe3+→Fe2+ +O2-˙+H+

˙OH+R-H→H2O+R˙

˙OH+R-H→[R-H]++OH-

˙OH+HO2˙→H2O+O2

R˙+O2→ROO˙

R˙+Fe3+→Fe2++R+

2˙OH→H2O2

2 HO2˙→H2O2+O2

Fe3++O2-˙→Fe2++O2

Fe3++HO2˙→Fe2++O2+H+

HO2˙+Fe2++H+→Fe3++H2O2

˙OH+O2-˙+H+→H2O2+O2

O2-˙+2H++Fe2+→Fe3++H2O2

ROO˙+Fe2++H+→Fe3++ROOH

ROOH+Fe2+→Fe3++RO˙+˙OH

Fe(OH)2++hν→Fe2++2˙OH

H2O2+hν→2˙OH

Fe3++hν+H2O→Fe2++˙OH+H+

ROO˙→ 产物

PO23-+˙OH→PO43-

三、实验部分

1、试剂

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