光Fenton處理中低濃度含磷有機廢水

北極星水處理網訊:光Fenton技術是一種有效的處理難降解有毒有機廢水的高級氧化技術，近幾年來引起人們的極大關注。本文採用光Fenton方法處理中低濃度含磷有機廢水，藉助鉬酸銨分光光度法分析檢測處理後廢水中總磷含量。結果顯示: 處理後廢水中總磷含量<1mg/L，達到電鍍汙染物排放標準，總磷去除率達到95%以上。該方法操作簡單，無二次汙染且經濟可靠，是處理含磷有機廢水簡便可行的方法。

一、前言

磷為常見元素，在地殼中的含量約為0.118%。磷普便存在於生物體的細胞、骨胳和牙齒中。磷在自然界中都是以各種磷酸鹽的形式出現，它們分為正磷酸鹽、縮合磷酸鹽(焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽)及有機結合的磷(如核酸、卵磷脂、植酸及各種磷脂酸)[1]。磷是構成動植物和人體所必需的元素，與生命體密切相關，是新陳代謝過程必不可少的元素。一般天然水體中磷酸鹽含量不高，化肥、冶煉、電鍍、合成洗滌劑等行業的工業廢水及生活汙水中常含有較大量的磷。但水體中磷含量超過0.2mg/L，可造成藻類及其他浮遊植物的過度繁殖，從而形成富營養化，造成湖泊、河流的透明度降低，水質變壞[2-3]。

目前國內外常用的除磷方法[4]有：化學沉澱法[5](包括鈣法除磷和混凝輔助化學沉澱法)、生物法[6-8](包括A/O工藝[9]、A2/O工藝[10-11]、SBR工藝[12-13]、氧化溝工藝[14-16]、生物膜與活性汙泥相結合除磷新工藝[17-18]、BCFS工藝[19-20]、A2N工藝[21]、MSBR工藝[22])、吸附法[23-28]、離子交換法[29-30]、電化學除磷[31-36]及Fenton除磷[37-40]等。本文將採用光Fenton的方法處理中低濃度含磷有機廢水中的磷。

Fenton法是以人名來命名的為數不多的無機化學反應中的一種，它是由化學家Fenton H J於1893年發現的[41]。Fenton H J 經混合H2O2與Fe2+得到，這二者的混合溶液具有強氧化性，可以將當時很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機態化合物，氧化效果很明顯。此後半個多世紀中，人們對這種氧化性試劑的應用報導並不多，原因是Fenton試劑的氧化性極強，一般的有機物可完全被氧化為無機物。而作為有機合成所需的選擇性氧化劑，Fenton試劑氧化性太強了，難以有所作為。直至它在降解持久性有機汙染物方面表現出獨特的優勢，它可以將大分子有機物降解為小分子有機物或直接氧化成無機物CO2和H2O[42-43]。

Fenton法(即H2O2/Fe2+)以H2O2為氧化劑，Fe2+為催化劑來催化H2O2的反應[44]。H2O2在無催化物質存在下反應速率較慢，可是當有Fe2+存在時，其反應激烈並產生大量羥基自由基，氧化能力僅次於氟。具有強氧化能力的&dot;OH可氧化水中難分解性有機物，使其由大分子分解成小分子。另外，Fe2+被氧化成Fe3+產生混凝沉澱，將大量有機物凝集而去除。但Fenton反應仍存在一些缺點，如H2O2的利用率低，產生的&dot;OH少，而HO2&dot;多，且HO2&dot;的氧化性較弱，有機物礦化不充分。因此，有學者採用UV光來進行改善Fenton反應的缺點。H2O2/UV可有效用於氧化多種有機物已經被證明，但其缺點是反應速率慢，故結合Fenton反應快速的優點，於是發展起來所謂的光Fenton，即H2O2/UV/Fe2+，亦即反應體系在光的照射下，可以提高其處理效率和對有機物[45-48]的降解程度，降低Fe2+的用量，保持H2O2較高的利用率。

二、光Fenton反應原理

在酸性條件下，H2O2在催化劑Fe2+的存在下，生成強氧化能力的&dot;OH，並引發產生更多的其它活性氧，實現對有機物的降解，其氧化過程為鏈式反應。其中以&dot;OH的產生為鏈的開始，其他活性氧和反應中間體構成鏈的節點，反應體系在紫外光的照射下可將Fe(OH)2+等絡合物轉化為Fe2+，使Fe3+/Fe2+維持良好的循環，進而加速H2O2產生&dot;OH的速度。各活性氧之間或活性氧與其它物質之間的相互作用，使活性氧被消耗，反應鏈終止。反應機理[49-50]可歸納如下：

Fe2++H2O2→Fe3++&dot;OH+OH-

&dot;OH+Fe2+→Fe3+ +OH-

&dot;OH+H2O2→HO2&dot;+H2O

Fe3++H2O2→HO2&dot;+Fe2++H+

HO2&dot;+Fe3+→Fe2+ +O2-&dot;+H+

&dot;OH+R-H→H2O+R&dot;

&dot;OH+R-H→[R-H]++OH-

&dot;OH+HO2&dot;→H2O+O2

R&dot;+O2→ROO&dot;

R&dot;+Fe3+→Fe2++R+

2&dot;OH→H2O2

2 HO2&dot;→H2O2+O2

Fe3++O2-&dot;→Fe2++O2

Fe3++HO2&dot;→Fe2++O2+H+

HO2&dot;+Fe2++H+→Fe3++H2O2

&dot;OH+O2-&dot;+H+→H2O2+O2

O2-&dot;+2H++Fe2+→Fe3++H2O2

ROO&dot;+Fe2++H+→Fe3++ROOH

ROOH+Fe2+→Fe3++RO&dot;+&dot;OH

Fe(OH)2++hν→Fe2++2&dot;OH

H2O2+hν→2&dot;OH

Fe3++hν+H2O→Fe2++&dot;OH+H+

ROO&dot;→ 產物

PO23-+&dot;OH→PO43-

延伸閱讀：

詳解有機廢水處理工藝：生物自然淨化技術

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