微波强化Fenton氧化法水处理技术的研究进展
吕淑华 庄玉夏
摘要：微波强化Fenton氧化法是一种先进的氧化技术，在水处理领域有着广泛的應用。本文综述了微波强化Fenton氧化法的反应机理及实验条件对处理效果的影响。综述了该方法在制药废水、印染废水、焦化废水、草浆造纸废水、垃圾渗滤液、聚合物驱采油废水以及TNT废水等生化降解废水中的处理条件和废物清除率的研究进展，展望了水处理方法的发展方向。
关键词：微波；Fenton；水处理
中图分类号： X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0082-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.046
Abstract： Microwave-enhanced Fenton oxidation is an advanced oxidation technology and has been widely used in the field of water treatment. This paper reviews the reaction mechanism of microwave-enhanced Fenton oxidation and the effect of experimental conditions on the treatment effect. The research progress in the treatment conditions and waste removal rate of biodegradation wastewater such as pharmaceutical wastewater， printing and dyeing wastewater， coking wastewater， straw pulp papermaking wastewater， landfill leachate， polymer flooding wastewater and TNT wastewater are reviewed. The water Development of treatment methods.
Key words： Microwave； Fenton； Water treatment
随着工业的发展，一些合成成分由于结构复杂而难以降解，污水中的污染物越来越复杂，对环境和人体健康造成长期的危害[1-2]，因此有效地控制水污染具有十分重要的意义。传统的生物处理运行稳定性差，受到水质和其他因素的影响，不能完全氧化分解废水中复杂的化学成分。同时，废水中的有毒物质也会影响微生物的处理能力，甚至杀死微生物，自然界本身的自净能力，寻找一种经济高效的水处理技术已成为当前污水处理领域的研究热点。Fenton试剂是一种强氧化剂，常用于处理很难被生物降解或被有机化合物氧化的废物处理问题，该反应具有反应速度快、条件温和等优点。但Fenton试剂在废水处理过程中降解部分化合物的去除率低，而微波辅助Fenton试剂即微波强化Fenton氧化法，能强化氧化反应，并以其处理效率高、操作简单具有良好的应用前景[3-4]。
1 微波强化Fenton氧化法的反应原理
自20世纪60年代以来，Fenton被引入水处理领域。Fenton试剂依靠Fe2+和H2O2反应产生高度氧化的羟基自由基能有效氧化有机物，氧化能力仅次于氟。Fenton试剂可以降低废水的色度和化学需氧量值，改善废水的生化循环。另一方面，反应中产生的复合物具有絮凝和吸附作用去除水中的一些有机物[5-6]。微波是一种电磁波，不改变分子结构，通过改变离子迁移和偶极旋转的条件来促进分子运动。与传统加热方式相比，微波电磁能直接辐射到介质中，内外加热均匀，不产生温度梯度，传热效率高，可以加快有机合成的速度，大大缩短反应时间。微波的非热效应容易破坏分子化学键，降低反应活化能，使有机污染物易于降解，提高有机物去除率，不产生二次污染，减少有害物质对环境的危害。近年来，微波和Fenton结合在一起能加强化污水处理能力，该技术在环境保护领域的应用越来越广泛。
2 微波强化Fenton氧化法处理效果影响因素
影响微波强化Fenton氧化法的因素有体系的水质的酸碱性（pH值）、用料的配比（H2O2与Fe2+比例），微波的辐照时间和功率等。操作条件会对化学反应的速度以及废水的处理效率产生不同的影响。废水中的化学物质及其含量差异，微波强化Fenton氧化法各影响因素之间的配比也不同，需要通过具体的实验来加以确定。水的酸碱程度（pH值）会对微波强化Fenton氧化法对废水的处理效果产生很大的影响，Fenton氧化最适应的处理条件是酸性，碱性条件下则会生成氢氧化物沉淀，从而影响Fenton氧化的反应速度。化学用料的投放比（H2O2与Fe2+）影响微波强化Fenton氧化法的处理效果和反应速度，如果Fe2+浓度过大，会加快H2O2的消耗速度就会降低微波强化Fenton氧化法的处理速度；反之，Fe2+浓度过低也不利于反应的进行，因此要选取一个最佳的H2O2与Fe2+投放配比[7]。微波辐照时间也会对反应效率产生影响，随着辐照时间的延长，反应效率会随之增加，达到一定界限值后处理效率就会趋于平缓，具体的反应时间要根据废水的水质确定。随着微波功率的升高，化学需氧量值的去除率会随之升高，当升高到一定值时，去除效果会趋于平稳，最佳的微波功率值取决于废水的水质。pH值、H2O2与Fe2+比例、微波的辐照时间和功率都在不同程度上影响微波强化Fenton氧化法对废水的处理效率。
3 微波强化Fenton氧化法在现实中的应用
3.1 处理药品生产废水的条件和废物清除率
制药废水成分复杂，毒性大，可生化性差，属于难处理的高浓度有机废水。微波强化Fenton氧化法能够提高降解效率，提高废水的可生化性，化学需氧量值去除率可达到58%，废水的可生化性明显提高。处理的最佳条件为pH值为4.42，H2O2投加量为1300mg/L，Fe2+的投加量为4900mg/L， 微波功率300 W和辐照时间6 min。
3.2 处理焦化废水的条件和废物清除率
焦化废水难于降解，含有毒性及强致癌物质，对环境和人类的健康危害较大。微波强化Fenton氧化法对焦化废水中化学需氧量值去除率达到82%。处理的最佳条件为pH值为4.17， H202和Fe2+的比例为5：1，微波照射条件3min和微波功率320 W。
3.3 处理草浆造纸废水的条件和废物清除率
草浆造纸废水排放量大，成分复杂，属于浓度较高的废水，对环境以及生态影响很大。微波强化Fenton氧化法造纸废水化学需氧量值平均去除率为93%。处理的最佳条件为pH值为4.5， H2O2和Fe2+的比例为6：1，微波照射条件5min和微波功率320 W 。
3. 4 处理垃圾渗滤液的条件和废物清除率
用微波强化Fenton氧化法处理垃圾渗滤液，原水的化学需氧量值去除率可达90%。处理的最佳条件pH值为5， H2O2和FeSO4·7H2O的用量分别为 2.1g/L和0.108g/L，微波功率600W和辐射时间为3min下为最佳处理条件。
3. 5 处理聚合物驱采油废水条件和废物清除率
聚合物驱是提高原油采收率的重要方法，但聚合物本身具有较高的稳定性，现有的油田污水处理工艺无法有效去除。采用微波强化催化湿式氧化技术处理聚合物驱采油废水。微波辐照功率700W和处理时间6min，Fe2O3催化剂加入量0.2-0.6g/L，H2O2剂量为0.004g/L， pH值為5.0。在此工艺条件下，聚合物驱采油废水的化学需氧量值去除率为60%。
3.6 处理TNT废水条件和废物清除率
炸药废水中的污染物化学性质稳定，难于生化，致毒性、致癌性较强，危害较大。微波强化Fenton氧化法的最佳条件为pH值为4.12、微波功率480 W、微波辐射6 min、H2O2剂量为0.005g/L、Fe2O3催化剂加入量0.7g/L，在此条件下TNT废水的去除率达到84.5% 。
4 结论
微波强化类Fenton法对废水的处理效率高、同时需要的设备简单而且操作简单容易学习、处理反应完全、反应后无二次污染。应用该方法对不同种类的废水进行了大量实验，证明了微波强化类Fenton法在不同类型的废水处理中均具有良好的效果，特别是对生物降解性差、化学物质浓度高的有机废水。但是经过大量的研究也发现该方法对废水处理存在一定的局限性，操作条件会对处理效率产生很大影响，需要前期的大量的实验从而找到合适的实验条件。同时，该实验的处理成本也不低，限制了该工艺的广泛应用。
参考文献
[1]陈芳艳，施琦，唐玉斌.微波强化Fenton氧化法降解水中阴离子表面活性剂的研究[J].水处理技术， 2011，37（6）：23-26.
[2]李兆，赵西成，江元汝等.微波强化类Fenton反应催化氧化脱色降解孔雀石绿废水[J].水处理技术， 2013，39（9）：20-23.
[3]史书杰，王鹏，赵姗姗等.微波强化类Fenton法处理聚合物驱采油废水[C].全国微波化学会议. 2008.
[4]黎宏飞，郑文添，谭程方等.微波协同非均相类Fenton处理废水的研究进展[J]. 广东化工， 2017， 44（14）：206-207.
[5]张艮林，徐晓军，兰尧中等.微波辐射-均相Fenton氧化耦合混凝法处理印染废水[J].化学工程， 2007，35（10）：57-60.
[6]张丽，朱晓东，张燕峰等.微波强化Fenton氧化处理邻氨基苯甲酸废水[J].环境科学研究，2009，22（5）：516-520.
[7]陈芳艳，施琦，唐玉斌.微波强化Fenton氧化法降解水中阴离子表面活性剂的研究[J].水处理技术，2011，37（6）：23-26.
收稿日期：2018-01-06
作者简介：吕淑华（1981-），女，硕士研究生，中级职称，研究方向为环境保护。
摘要：微波强化Fenton氧化法是一种先进的氧化技术，在水处理领域有着广泛的應用。本文综述了微波强化Fenton氧化法的反应机理及实验条件对处理效果的影响。综述了该方法在制药废水、印染废水、焦化废水、草浆造纸废水、垃圾渗滤液、聚合物驱采油废水以及TNT废水等生化降解废水中的处理条件和废物清除率的研究进展，展望了水处理方法的发展方向。
关键词：微波；Fenton；水处理
中图分类号： X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0082-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.046
Abstract： Microwave-enhanced Fenton oxidation is an advanced oxidation technology and has been widely used in the field of water treatment. This paper reviews the reaction mechanism of microwave-enhanced Fenton oxidation and the effect of experimental conditions on the treatment effect. The research progress in the treatment conditions and waste removal rate of biodegradation wastewater such as pharmaceutical wastewater， printing and dyeing wastewater， coking wastewater， straw pulp papermaking wastewater， landfill leachate， polymer flooding wastewater and TNT wastewater are reviewed. The water Development of treatment methods.
Key words： Microwave； Fenton； Water treatment
随着工业的发展，一些合成成分由于结构复杂而难以降解，污水中的污染物越来越复杂，对环境和人体健康造成长期的危害[1-2]，因此有效地控制水污染具有十分重要的意义。传统的生物处理运行稳定性差，受到水质和其他因素的影响，不能完全氧化分解废水中复杂的化学成分。同时，废水中的有毒物质也会影响微生物的处理能力，甚至杀死微生物，自然界本身的自净能力，寻找一种经济高效的水处理技术已成为当前污水处理领域的研究热点。Fenton试剂是一种强氧化剂，常用于处理很难被生物降解或被有机化合物氧化的废物处理问题，该反应具有反应速度快、条件温和等优点。但Fenton试剂在废水处理过程中降解部分化合物的去除率低，而微波辅助Fenton试剂即微波强化Fenton氧化法，能强化氧化反应，并以其处理效率高、操作简单具有良好的应用前景[3-4]。
1 微波强化Fenton氧化法的反应原理
自20世纪60年代以来，Fenton被引入水处理领域。Fenton试剂依靠Fe2+和H2O2反应产生高度氧化的羟基自由基能有效氧化有机物，氧化能力仅次于氟。Fenton试剂可以降低废水的色度和化学需氧量值，改善废水的生化循环。另一方面，反应中产生的复合物具有絮凝和吸附作用去除水中的一些有机物[5-6]。微波是一种电磁波，不改变分子结构，通过改变离子迁移和偶极旋转的条件来促进分子运动。与传统加热方式相比，微波电磁能直接辐射到介质中，内外加热均匀，不产生温度梯度，传热效率高，可以加快有机合成的速度，大大缩短反应时间。微波的非热效应容易破坏分子化学键，降低反应活化能，使有机污染物易于降解，提高有机物去除率，不产生二次污染，减少有害物质对环境的危害。近年来，微波和Fenton结合在一起能加强化污水处理能力，该技术在环境保护领域的应用越来越广泛。
2 微波强化Fenton氧化法处理效果影响因素
影响微波强化Fenton氧化法的因素有体系的水质的酸碱性（pH值）、用料的配比（H2O2与Fe2+比例），微波的辐照时间和功率等。操作条件会对化学反应的速度以及废水的处理效率产生不同的影响。废水中的化学物质及其含量差异，微波强化Fenton氧化法各影响因素之间的配比也不同，需要通过具体的实验来加以确定。水的酸碱程度（pH值）会对微波强化Fenton氧化法对废水的处理效果产生很大的影响，Fenton氧化最适应的处理条件是酸性，碱性条件下则会生成氢氧化物沉淀，从而影响Fenton氧化的反应速度。化学用料的投放比（H2O2与Fe2+）影响微波强化Fenton氧化法的处理效果和反应速度，如果Fe2+浓度过大，会加快H2O2的消耗速度就会降低微波强化Fenton氧化法的处理速度；反之，Fe2+浓度过低也不利于反应的进行，因此要选取一个最佳的H2O2与Fe2+投放配比[7]。微波辐照时间也会对反应效率产生影响，随着辐照时间的延长，反应效率会随之增加，达到一定界限值后处理效率就会趋于平缓，具体的反应时间要根据废水的水质确定。随着微波功率的升高，化学需氧量值的去除率会随之升高，当升高到一定值时，去除效果会趋于平稳，最佳的微波功率值取决于废水的水质。pH值、H2O2与Fe2+比例、微波的辐照时间和功率都在不同程度上影响微波强化Fenton氧化法对废水的处理效率。
3 微波强化Fenton氧化法在现实中的应用
3.1 处理药品生产废水的条件和废物清除率
制药废水成分复杂，毒性大，可生化性差，属于难处理的高浓度有机废水。微波强化Fenton氧化法能够提高降解效率，提高废水的可生化性，化学需氧量值去除率可达到58%，废水的可生化性明显提高。处理的最佳条件为pH值为4.42，H2O2投加量为1300mg/L，Fe2+的投加量为4900mg/L， 微波功率300 W和辐照时间6 min。
3.2 处理焦化废水的条件和废物清除率
焦化废水难于降解，含有毒性及强致癌物质，对环境和人类的健康危害较大。微波强化Fenton氧化法对焦化废水中化学需氧量值去除率达到82%。处理的最佳条件为pH值为4.17， H202和Fe2+的比例为5：1，微波照射条件3min和微波功率320 W。
3.3 处理草浆造纸废水的条件和废物清除率
草浆造纸废水排放量大，成分复杂，属于浓度较高的废水，对环境以及生态影响很大。微波强化Fenton氧化法造纸废水化学需氧量值平均去除率为93%。处理的最佳条件为pH值为4.5， H2O2和Fe2+的比例为6：1，微波照射条件5min和微波功率320 W 。
3. 4 处理垃圾渗滤液的条件和废物清除率
用微波强化Fenton氧化法处理垃圾渗滤液，原水的化学需氧量值去除率可达90%。处理的最佳条件pH值为5， H2O2和FeSO4·7H2O的用量分别为 2.1g/L和0.108g/L，微波功率600W和辐射时间为3min下为最佳处理条件。
3. 5 处理聚合物驱采油废水条件和废物清除率
聚合物驱是提高原油采收率的重要方法，但聚合物本身具有较高的稳定性，现有的油田污水处理工艺无法有效去除。采用微波强化催化湿式氧化技术处理聚合物驱采油废水。微波辐照功率700W和处理时间6min，Fe2O3催化剂加入量0.2-0.6g/L，H2O2剂量为0.004g/L， pH值為5.0。在此工艺条件下，聚合物驱采油废水的化学需氧量值去除率为60%。
3.6 处理TNT废水条件和废物清除率
炸药废水中的污染物化学性质稳定，难于生化，致毒性、致癌性较强，危害较大。微波强化Fenton氧化法的最佳条件为pH值为4.12、微波功率480 W、微波辐射6 min、H2O2剂量为0.005g/L、Fe2O3催化剂加入量0.7g/L，在此条件下TNT废水的去除率达到84.5% 。
4 结论
微波强化类Fenton法对废水的处理效率高、同时需要的设备简单而且操作简单容易学习、处理反应完全、反应后无二次污染。应用该方法对不同种类的废水进行了大量实验，证明了微波强化类Fenton法在不同类型的废水处理中均具有良好的效果，特别是对生物降解性差、化学物质浓度高的有机废水。但是经过大量的研究也发现该方法对废水处理存在一定的局限性，操作条件会对处理效率产生很大影响，需要前期的大量的实验从而找到合适的实验条件。同时，该实验的处理成本也不低，限制了该工艺的广泛应用。
参考文献
[1]陈芳艳，施琦，唐玉斌.微波强化Fenton氧化法降解水中阴离子表面活性剂的研究[J].水处理技术， 2011，37（6）：23-26.
[2]李兆，赵西成，江元汝等.微波强化类Fenton反应催化氧化脱色降解孔雀石绿废水[J].水处理技术， 2013，39（9）：20-23.
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[4]黎宏飞，郑文添，谭程方等.微波协同非均相类Fenton处理废水的研究进展[J]. 广东化工， 2017， 44（14）：206-207.
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[6]张丽，朱晓东，张燕峰等.微波强化Fenton氧化处理邻氨基苯甲酸废水[J].环境科学研究，2009，22（5）：516-520.
[7]陈芳艳，施琦，唐玉斌.微波强化Fenton氧化法降解水中阴离子表面活性剂的研究[J].水处理技术，2011，37（6）：23-26.
收稿日期：2018-01-06
作者简介：吕淑华（1981-），女，硕士研究生，中级职称，研究方向为环境保护。
