Fenton法及組合Fenton法在炸藥廢水處理中的應用

隨著社會生產力和科學技術的發(fā)展，火炸藥除了用于軍事，還越來越多地用于工農業(yè)的建設和生產。但火炸藥均系有毒有害物質，它們在制備和使用過程中排放的污染物一是成分復雜。火炸藥的原料、中間物、副產物、產品以及它們在環(huán)境中形成的轉化物，有上百種之多，其中大部分有毒；二是排放量大。僅就我國1979年的粗略統計來看，廢氣排放量約2.4Gm3；排放的火炸藥廢水約25Mt；三是這些污染物多有毒性、化學性質穩(wěn)定，很難為一般微生物所降解。由于技術條件的限制，目前國內的污水處理仍然成本高、效率低，許多企業(yè)為了自身生存，不得不以犧牲環(huán)境為代價，造成水資源污染的惡化。目前，國內外在對有毒、難降解炸藥廢水的處理，越來越關注高級氧化技（AdvancedOxidationProcessesAOPs）的研究及應用。根據所用的氧化劑與催化條件的不同，目前AOPs主要分為3類：Fenton法及組合Fenton法；臭氧法及組合臭氧法；半導體光催化法。本文著重綜述Fenton法及組合Fenton法在炸藥廢水處理中的應用現狀及進展。

1Fenton法及組合Fenton法的概念及其特點

1876年法國科學家H.J.H.Fenton發(fā)現亞鐵離子的加入可大幅度提高H2O2對蘋果酸的氧化速率，并在隨后的實驗中證實亞鐵鹽與H2O2的組合是一種很有效的有機物氧化劑。為紀念這個偉大的發(fā)現，后人將這種組合試劑稱為Fenton試劑，使用這種試劑的反應相應地稱為Fenton反應。

40年后，Haber和Weiss推測Fenton反應的機理主要以電子轉移，即金屬陽離子氧化態(tài)和還原態(tài)的變化使H2O2催化分解產生羥基自由基，來解釋水溶液中金屬陽離子催化分解機理（即Haber-Weiss機理）。

20世紀40年代，Merz，Waters，Baxendale及Barb通過一系列實驗對Fenton反應自由基機理和動力學進行了研究。隨后，羥基自由基的重要性和Fenton反應的廣泛應用引起了人們的關注。自20世紀60年代開始，Fenton試劑開始用于廢水處理。1964年，Eisenhaner用此試劑處理ABS廢水，ABS的去除率高達99%。1968年，Enisov用Fenton試劑處理苯類廢水，TOC去除率達到90%以上；Bishop利用Fenton試劑對城市污水中難降解有機污染物進行了處理，并取得了較好效果。近幾十年來，國內外對Fenton試劑處理有機污染物進行了廣泛研究。

在傳統的Fenton試劑基礎上人們通過對反應條件的改變和耦合開發(fā)出了一系列有針對性的類Fenton試劑，如光—Fenton試劑、電—Fenton試劑等，研究涉及了溫度、pH值、反應時間、氧化劑濃度和種類、催化劑濃度和種類等方面的因素，并以芳香烴、多氯烷烴、多氯聯苯、除草劑、染料等有毒有機物質作為對象進行探索。近年來Fenton法在炸藥
廢水的處理中也得到廣泛的運用。

2Fenton及組合Fenton氧化反應機理

根據Merz-Waters的推論，Fenton反應中H2O2的分解經歷以下過程：
H2O+Fe2+→Fe3++·HO
Fe2++·HO→+HO-
Fe3++H2O2→Fe2++H++·HO2

Merz和Waters通過一系列實驗間接證實了Fenton反應中有羥基自由基的產生。Fenton法實質是二價鐵離子（Fe2+）和H2O2之間的鏈式反應催化生成·OH，使蘋果酸及其他有機物最終氧化為CO2和H2O。在反應體系內，·OH首先與有機污染物RH反應生成游離基R·，R·進一步氧化生成CO2和H2O，使有機污染物最終得以降解。其氧化過程如下：
Fe3++H202→Fe2++·HO2+H-
H202+Fe2+→Fe3++HO-+·HO
·HO+Fe2+→Fe3++HO-
·HO+H2O2→·HO2+H2O
Fe2++H2O2→·HO2-+Fe3++H2O2
Fe3++HO2-/O2-·→Fe2++H2O2+O2

Fenton試劑及組合Fenton試劑的實質是利用Fe2+或紫外光（UV）、氧等與H2O2之間發(fā)生鏈式反應，催化生成·OH，利用·OH氧化分解水中的污染物。羥基自由基·OH一旦形成，會誘發(fā)一系列的自由基鏈反應，攻擊水體中的各種污染物，直至降解為二氧化碳、水和其他礦物鹽。羥基自由基對污染物的氧化主要進行了如下反應：
（1）脫氫反應。羥基自由基（·OH）可以從反應物中奪取一個氫，形成新的自由基：

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網”