余小玉

(廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院環(huán)境工程系，廣東 佛山 528216）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)發(fā)展速度越來越快，大量的合成有機(jī)污染物進(jìn)入水環(huán)境中，造成水生態(tài)平衡的破壞。因此，水環(huán)境中有機(jī)污染物，尤其是難降解有機(jī)污染物的治理已經(jīng)受到人們的廣泛關(guān)注。而高級(jí)氧化技術(shù)（如芬頓氧化法、過硫酸鹽高級(jí)氧化法等）由于其氧化能力強(qiáng)、有機(jī)污染物降解徹底等優(yōu)點(diǎn)受到了越來越多研究者的關(guān)注。鐵基活化劑在高級(jí)氧化技術(shù)中由于環(huán)境友好、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)常用來活化H2O2或過硫酸鹽等氧化劑，以產(chǎn)生·OH或SO4-等自由基來氧化降解有機(jī)污染物。然而，反應(yīng)后的失活鐵基活化劑會(huì)導(dǎo)致鐵泥的產(chǎn)生，增加了有機(jī)廢水處理的成本，因此，鐵基活化劑的再生及循環(huán)利用至關(guān)重要。

1 還原劑還原再生

在均相的Fe2+高級(jí)氧化反應(yīng)體系中，起主要活化作用的是Fe2+。Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)化率會(huì)影響著自由基的產(chǎn)生，從而影響高級(jí)氧化反應(yīng)的速率。同時(shí)，F(xiàn)e2+向Fe3+的過快轉(zhuǎn)換也會(huì)導(dǎo)致鐵泥的形成。因此，Liang等[1]人通過加入硫代硫酸鈉還原劑來將體系中的Fe3+還原為具活化作用的Fe2+離子（見式1）。此外，硫代硫酸鈉還可以與Fe2+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，提高Fe2+穩(wěn)定性（式2）。除了硫代硫酸鈉，有研究者也使用其他的還原劑對(duì)Fe2+的循環(huán)再生進(jìn)行了研究。例如，可以在Fe2+/PDS體系中加入還原劑鹽酸羥胺，結(jié)果表明，加入鹽酸羥胺可顯著提高體系的氧化能力。

還原劑的添加不僅可以應(yīng)用在均相體系，在非均相高級(jí)氧化反應(yīng)體系中也有應(yīng)用。Fukuchi S.等[2]在非均相類芬頓體系中，采用負(fù)載鐵的天然沸石（Fe-Z） 研究了還原劑對(duì)2，4，6-三溴苯酚降解的影響。在Fe-Z和H2O2存在下，其活化活性并不明顯，但當(dāng)添加如抗壞血酸或羥胺等還原劑時(shí)，2，4，6-三溴苯酚的降解效果就會(huì)增強(qiáng)。可見，使用還原劑可以促進(jìn)Fe3+到Fe2+的轉(zhuǎn)化，提高Fe活化劑的循環(huán)利用。

2 電化學(xué)還原再生

從Fe3+到Fe2+的轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)上是一種氧化還原反應(yīng)，因此，在電場(chǎng)的作用下，可以通過電子的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)從Fe3+到Fe2+的轉(zhuǎn)化（式3），而Fe2+又可以作為活化劑，重新用于新一輪的高級(jí)氧化反應(yīng)中。同時(shí)，電場(chǎng)的加入也可增強(qiáng)高級(jí)氧化反應(yīng)。Wu等[3]提出了電化學(xué)與過二硫酸鹽和Fe2+組合的方式對(duì)酸性橙II進(jìn)行脫色，在這一過程中，過二硫酸鹽與Fe2+反應(yīng)產(chǎn)生了硫酸鹽自由基和Fe3+，同時(shí)Fe2+通過還原Fe3+在陰極再生。Lin等[4]提出了電化學(xué)與過二硫酸鹽和Fe3+的高級(jí)氧化方法來處理水中的雙酚A，通過Fe3+在陽極中還原成Fe2+，為高級(jí)氧化反應(yīng)體系提供Fe2+，實(shí)現(xiàn)Fe3+和Fe2+的循環(huán)轉(zhuǎn)化。而現(xiàn)在已經(jīng)有研究者將電化學(xué)與過二硫酸鹽和Fe2+技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的廢水處理中，利用該技術(shù)來處理垃圾滲濾液中的COD，通過電場(chǎng)促進(jìn)Fe3+和Fe2+的循環(huán)轉(zhuǎn)化，加強(qiáng)Fe2+對(duì)過二硫酸鹽的活化，最終COD的去除率達(dá)到62.2%。除此以外，還有學(xué)者用恒電位法或恒電流法電再生Fe2+，探討了使Fenton氧化過程中產(chǎn)生的鐵渣最小化的最佳條件。而在非均相反應(yīng)體系中，Cai等[5]在電化學(xué)強(qiáng)化過程中，用合成的Fe/SBA-15活化過硫酸鹽去除酸性橙II。在電場(chǎng)過程中，F(xiàn)e/SBA-15表面的三價(jià)鐵在陰極被還原成二價(jià)鐵，F(xiàn)e/SBA-15活化劑三次循環(huán)使用中酸性橙II的脫色率保持不變。

3 零價(jià)鐵再生

零價(jià)鐵是一種強(qiáng)還原劑，因此可利用零價(jià)鐵還原Fe3+至Fe2+，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程如式（4）所示。Fla′via等[6]提出了一種基于Fe0/Fe3O4復(fù)合材料的新型非均相芬頓體系，利用該體系降解染料亞甲基藍(lán)，通過產(chǎn)生·OH的檢測(cè)，證明Fe3O4表面Fe3+被Fe0還原成Fe2+。Wang等[7]利用納米分散鐵/石墨烯活化劑活化過硫酸鹽去除苯酚，在此過程中同時(shí)促進(jìn)活性Fe2+再生，并揭示了Fe2+的再生機(jī)制。

4 含鐵污泥的再生利用

在均相的高級(jí)氧化反應(yīng)中使用Fe2+作為活化劑，除了考慮鐵元素的來源廣泛和環(huán)境友好這些優(yōu)點(diǎn)外，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是鐵離子是一種很好的無機(jī)混凝劑，在有機(jī)物降解的過程中，還可通過混凝/絮凝作用吸附沉淀有機(jī)物，尤其是有機(jī)廢水的脫色過程中起到很好的作用，也從而產(chǎn)生了大量金屬鐵泥。Cao等[8]提出了一種從氫氧化鐵污泥中回收鐵活化劑用于工業(yè)廢水氧化處理的簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法。他們讓污泥在350～400°C下脫水、干燥和烘烤20～30min，將殘余固體溶解在硫酸中，形成可重復(fù)使用的高級(jí)氧化活化劑。回收的活化劑對(duì)精細(xì)化工廢水的氧化預(yù)處理具有很好的效果。Bolobajev J.等[9]在芬頓法處理氯酚污水中使用被單寧酸再生的含鐵污泥作為活化劑活化H2O2，產(chǎn)生·OH。結(jié)果證明，在有單寧酸存在的情況下，F(xiàn)e3+/H2O2體系中·OH顯著增加。

5 結(jié)語

鐵（通常為Fe2+）對(duì)H2O2或過硫酸鹽的活化是最有利的，因?yàn)樗哂谐杀拘б嫦鄬?duì)較高、天然環(huán)境儲(chǔ)量豐富而且對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。然而，含鐵污泥的處理處置和酸性條件下的再活化等限制最終會(huì)增加廢水處理的總成本，而處理此類危險(xiǎn)固體廢物的高成本阻礙了芬頓和/或類芬頓工藝以及用Fe2+作為活化劑的其他高級(jí)氧化工藝在許多大型工業(yè)廢水處理項(xiàng)目中的應(yīng)用及推廣。因此，對(duì)鐵基活化劑進(jìn)行再生及循環(huán)利用研究對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)在實(shí)際工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用具有重要的意義。