电芬顿在废水处理方面的发展现状和研究

电芬顿在废水处理方面的发展现状和研究

作者：赵豫北

来源：《科技传播》2013年第12期

摘要电芬顿法以其对难降解有机物的降解高效性和环境友好性在近年来获得了广泛的关注。本文简要介绍了电芬顿法的机理、分类和影响因素以及其与光催化反应耦合的光电芬顿法。通过综述国内外使用（光）电芬顿法处理各种有机废水的现状，得出电芬顿法的不足。并对太阳能驱动的电芬顿法做出了展望。

关键词电芬顿；光催化；太阳能

中图分类号X7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）93-0044-02

0 引言

水处理高级氧化技术（AOP）即通过反应生成的高活性中间体羟基自由基，将有机污染物直接氧化降解。高级氧化技术解决水污染问题已成为国内外水处理研究领域的热点。

电芬顿法（EFP Electro-Fenton Process）采用电化学方法Fe2+和H2O2使持续反应，两者生成羟基自由基（·OH），将有机物直接氧化降解，即电化学过程中直接生成芬顿试剂[1]。

与传统芬顿法相比，电芬顿法可原位产生H2O2或Fe2+、产物H2O2利用率高等优点收到广泛关注。

光电芬顿氧化法（PEFP Photoelectro-Fenton Process）是在电化学产生芬顿试剂的基础上，光辐射的催化作用下，发生辐射分解协同作用。较单一的电芬顿法更高效 [3]。

1 电芬顿法的特性

1.1 电芬顿法的分类

电芬顿法可根据Fe2+不同的产生方式分为以下2种方法

1.1.1 阳极牺牲法

阳极牺牲法是指一般使用平板铁或者铁网为阳极，氧化Fe活得Fe2+的方法。阳极反应为：

H2O2可以由人工投入，或者经由O2在阴极还原产生，此时的阴极反应为：

该法去除效果好，但耗电量较高，如果外加H2O2能耗较大，运行成本高。[4]

1.1.2 阴极还原法

阴极还原法是指阴极上还原Fe3+为Fe2+的方法。阴极反应为：

一般Fe3+借助于Fe（OH）3污泥或者Fe2（SO4）3产生。H2O2的产生同阳极牺牲法。

1.2 电芬顿法的影响因素

1.2.1 pH值的影响

在碱性溶液中，将发生下列反应：

O2+H2O+4e-=4OH- （9）

只有在溶液为酸性时，才发生公式（6）中的二电子反应。

另外，溶液中酸性过高时，也会发生下列反应：

将造成催化反应受阻以及羟基自由基被过度消耗。因此应保持pH值在4.0以下以获得较好的处理效果。[5]

1.2.2 电流的影响

溶解氧电解生成H2O2要需要电流密度和电位梯度。电流的大小同时影响Fe2+的溶出。当电流过大的时候，废水中COD的去除率下也会降[6]。这是因为发生了阴阳极上的副反应。

由公式（14）可得，氢气的大量将导致pH值的上升，这一结果显然对于H2O2的产生以及·OH的后续反应是很不利的。

1.2.3电压的影响

使用电芬顿法处理废水时，电压是电化学反应的动力。外加电压必须大于分解电压，反应才能发生[7] 。电压过高，电能消耗于副反应，因此应由实验得到优化电压 [8] 。

1.3 光电芬顿

光电芬顿氧化法是指在电芬顿反应器中引入紫外线灯[9]或者太阳光辐射[10]，通过光催化芬顿反应，铁离子光还原与过氧化氢光辐射分解的协同作用获得大量的·OH，从而高效降解水中的有机物[11]。光电芬顿氧化法使用时，往往在溶液中加入过渡金属（Co或者Fe）[12]或者TiO2作为光催化剂[13]。光催化剂的使用可以大大增加COD的去除率。

2 电芬顿法在废水处理中的应用

电芬顿法作为一种新兴的废水处理技术，对于处理高浓度的难降解有机废水效果良好。难降解有机物通过电芬顿氧化降解为可生化性的化合物或者降解为容易从废水分离出来的固体物质[14]。Carlos A. Mart′nez-Huitle等[15]研究电化学方法处理合成染料废水，得出使用石墨阴极的电芬顿法几乎可以将该印染废水完全脱色和无机化，如果同时使用紫外光照进行光电芬顿处理将会得到更好的结果。杜鹃山等[16]采用二维电极牺牲阳极的电芬顿处理实验方法处理燃料废水中的亚甲基蓝，最终亚甲基蓝的去除率达到了95%以上。K. R. B. Nogueira等[17]采用太阳能辐射的电芬顿中试装置处理含酚废水，最终出水结果DOC的去除率可达到92%。胡志军等[18]采用电芬顿法预处理化学机械磨浆（CTMP）废水，在实验获得的最佳反应条件下COD 的去除率达到了51.5%，色度去除率为93%，BOD5/CODCr由0.23提高到0.42，大大提高了废水的可生化性，为后续生物处理提供了可能。总之，电芬顿法可以有效处理酚类、芳胺类、芳烃类、农药以及核废料等难降解有机废水[19]。

3 电芬顿法的展望

电芬顿法近年来在国内外的研究尚属于实验开发阶段，同其余的电化学水处理技术一样，存在电流效率较低、耗电量大以至运行成本高的缺点，限制了电芬顿法的广泛应用。采用生命周期评价评估高级氧化技术[20]得出对能源的消耗是AOP对于环境的最大影响，而反应物和催化剂对环境的影响相对较小。因此，除了在电极材料的开发以外，寻求低碳的能源应成为研究的一个方向。

太阳能发电是最理想的发电方式，在水处理电化学有很大的前景。由于太阳能能源的环境友好性，使用太阳能方案的氧化技术可对环境的影响降低90%以上。同时，太阳能可为光电芬顿反应提供光子，为光电芬顿提供补充或者替代辐射能源[17]。

参考文献

[1]肖华，周荣丰.电芬顿法的研究现状与发展.上海环境科学，2007，23（8）：253-256.

[2]Cristina Flox， Pere-Llu's Cabot， Francesc Centellas， et al. Solar photoelectro-Fenton degradation of cresols using a flow reactor with a boron-doped diamond anode. Applied Catalysis B：Environmental，2007，75：17-28.

[3] Ahmet Altin. An alternative type of photoelectron-Fenton process for the treatment of landfill leachate. Sepn and Purifn Technol，2008，61：391-397

[4]程林，李亚峰，班福忱.电fenton法处理难降解有机物的研究现状及趋势.辽宁化工，2008，37（8）：543-546.