摘要：针对印染废水高色度、难降解等特点，研究采用 Fe₀/H₂O₂ 协同催化氧化体系进行深度处理。该方法通过 Fe?还原及 Fenton 反应生成?OH，有效降解有机物。实验表明，在铁屑/碳粒比 25:1. 、H?O? 150mg ?L^-1 、pH 4.8、反应 30min 条件下，脱色率超 98% ，CODCr 去除率达 78‰ 。同时，该体系用于处理制药废水，COD 和氨氮去除率分别达 85.52% 和 84.56% 。相比传统工艺，Fe?/H?O?体系具备更强的脱色与污染物去除能力，应用前景广阔。

关键词： Fe₀/H₂O₂ ；协同催化氧化；印染废水；制药废水；脱色率；COD 去除率；氨氮去除率

一 引言

印染与制药废水因高 COD、难降解及复杂成分成为水处理难题。传统工艺处理效果有限，高级氧化技术如 Fenton 法虽有效但成本高。Fe-C 微电解耦合 H₂O₂构建协同催化体系，实现高效脱色与 COD去除；Fe⁰/H₂O₂则通过原位生成 Fe²⁺提升氧化能力，降低铁泥产生，为难降解废水提供经济高效的新型处理路径。

二 材料与方法

2.1 实验材料

实验用印染、制药废水取自广州番禺一家印染厂和某企业二沉池制药废水，废水特性为：印染废水色度 650 度，CODCr468mg·L^-1 ，pH9.0， SS350mg⋅L^-1 ，特性为色度高、成分复杂、生化性差等；制药废水 COD22300mg/L ， NH₃-Nl204mg/L ，pH6.1–7.5，污染物浓度高、浓度波动较大，含有大量有毒物质。实验使用材料有工业铁屑经预处理后用于催化氧化等（粒径 2AA-4mm ）、石墨碳粒（粒径 2-3mm ），还有 27% 工业级 H₂O₂l 以及各种分析纯试剂等。

2.2 分析方法

选取不同方法进行废水处理效果的评价。针对印染废水，通过自制的 Fe-C- H₂O₂ 协同催化氧化反应柱（150mL）装填冲洗后的铁粉和石墨碳颗粒，在控温循环过程中进行催化氧化反应，通过 721 型分光光度计测定色度，用 pH 计测 pH，COD 测定仪测有机物变化；针对制药废水，反应于 25%±1% 、常压条件下，取 100mL 的水调节 pH 值后加入 Fe₀，振荡反应后加入 H₂O₂ 氧化，然后 pH 调至中性使之发生 Fe³⁺的混凝沉淀，滤膜过滤，重铬酸钾法测定 COD，水杨酸分光光度法（GB7481-87）测定氨氮（标准曲线 A=0.06015C+0.02582， R²=0.9952 ）。对照实验表明，单独 Fe₀还原或者 H₂O₂ 氧化，对 COD 和氨氮的去除率均低于 25% 和 27.6% ，表明了 Fe₀/H₂O₂ 协同催化氧化对处理复杂稳定的有机物的必要性。

三 Fe₀/H₂O₂ 协同催化氧化性能

3.1 废水处理效果

Fe Γ₀/H₂O₂ 协同催化氧化体系在处理高色度、高 CODCr、成分复杂且生化性差的印染废水和制药废水中展现出显著效果。该技术基于 Fenton 反应原理，通过 Fe/C 微电解体系持续释放 Fe²⁺，与外加 H₂O₂ 形成协同催化作用，产生大量高活性羟基自由基 (σ⋅OH) ），从而有效降解难生物降解的有机污染物。以某印染废水为例，在铁屑/碳粒质量比 25:1、 H₂O₂ 投加量 150mg⋅L^-1 、反应 30min 、 pH=4.8 条件下，脱色率超 98% ，CODCr 去除率达 78% ；相较传统 Fe-C 微电解法，该体系不仅提升处理效率，还可减少因中间产物导致的返色风险，同时降低后续处理负荷。在制药废水实际应用中，当 Fe₀投量为 0.2g/L,H₂O₂# 10mmol/L、pH=3、反应时间 60min 时，COD 及氨氮去除率分别达 85.52% 与 84.56% ，表现出对复杂有机物的高效矿化能力。此外，该工艺具有操作简便、反应快速、不产生二次污染等优势，适用于高浓度难降解有机废水的预处理阶段，有助于提高废水可生化性，为后续生化处理创造有利条件，具有良好的工程应用前景。

3.2 影响因素分析

Fe /H₂O₂ 协同催化氧化体系的处理效果受反应时间、pH 值、Fe₀和 H₂O₂ 投加量及废水初始浓度等多因素影响。实验表明，在 Fe₀ 0.2g/L 、 H₂O₂ 10 mmol/L、pH 4、废水稀释 10 倍条件下，COD和氨氮去除率随反应时间延长在 60min 达峰值，过长反应时间反而降低效率；最佳 pH 为 3，此时 COD 与氨氮去除率分别为 85.96% 和 84.53% ，过高或过低 pH 均抑制反应；Fe₀投加量以 0.2g/L 为宜，过量会引发 Fe²⁺/Fe³⁺副反应，影响自由基生成； H₂O₂. 增至 10mmol/L 后去除率趋于稳定，过量反而抑制氧化过程；废水稀释至初始浓度 2000-4000mg/L （即稀释 10–20 倍）时处理效果最优，浓度过高或过低均不利。此外，pH调节对 Fe₀腐蚀及 H₂O₂ 分解具有关键作用，酸性条件可促进 Fe² ⁺释放并激活 H₂O₂ 生成羟基自由基，但强酸环境亦可能导致 H₂O₂ 无效分解，削弱氧化能力。Fe₀投加量不足则活性位点有限，限制电子转移速率，影响污染物降解效率。同样， H₂O₂ 浓度过低无法满足自由基生成需求，而过量则会与 Fe²⁺发生竞争反应，降低系统氧化能力。废水浓度过高将增加体系复杂性，干扰自由基与污染物的有效接触，反之浓度过低则可能导致药剂浪费，降低经济性。综上，各参数需协同优化，以实现 Fe₀/H₂O₂ 体系在高浓度有机废水处理中的高效稳定运行。

四 反应机理探讨

4.1 自由基作用机制

在 Fe₀/H₂O₂ 协同催化氧化处理印染废水过程中，羟基自由基（·OH）作为核心活性物种发挥关键作用。其氧化电位高达 2.8V ，具有极强的氧化能力，可通过断键、取代、电子转移等多种反应机制，将结构稳定、难以生物降解的有机污染物有效破坏，转化为易降解的小分子中间产物，最终矿化为 CO₂ 和 H₂O 印染废水由于含有大量难降解的合成染料、助剂及表面活性剂等复杂成分，通常表现出高色度、高 CODCr、毒性大及生化性差等特点，属于典型难处理工业废水。因此，开发高效、稳定的深度处理技术至关重要。 Fe Γ₀/H₂O₂ 体系凭借其产生·OH 的能力，在印染废水处理中展现出良好应用前景。在酸性条件下，零价铁 ）与 H+ 发生反应生成 Fe² ⁺和 Π_H2 ，释放的 Fe² ⁺进一步与 H₂O₂ 反应进行 Fenton 反应，持续生成高活性的 ⋅OH 该自由基可非选择性地攻击染料分子中的发色团与助色团，特别是偶氮键（ -N=N- ），实现高效脱色，并显著改善废水的可生化性。研究表明，在适宜的反应条件如 pH 值控制在 3.0–4.0 之间、Fe₀与 H₂O₂ 投加比例合理时，脱色率可达 98%以上，CODCr 去除率亦可达到 78%左右。 然而，体系效率对 pH 变化敏感。当 pH 偏高时，不仅抑制 Fe²⁺的溶出，还促使 Fe²+/Fe³+形成氢氧化物沉淀，削弱 Fenton 反应效能，从而降低·OH 的生成量与利用率，影响整体 COD 去除效果。此外，过高的 pH 环境也可能导致 H₂O₂ 分解为 O₂ 而非参与自由基反应，造成药剂浪费。因此，优化反应条件、调控 pH 范围并结合后续生化工艺，是提升 Fe₀/H₂O₂ 体系在印染废水处理中实际应用效果的关键所在。

4.2 铁循环路径解析

Fe₀/H₂O₂ 自由基协同氧化体系通过 Fe₀/Fe²⁺/Fe³⁺之间相互循环作用，保证 Fe₀/H₂O₂ 系统稳定并持续产生自由基，实现有效降解，是 Fe₀/H₂O₂ 体系对目标污染物氧化去除的关键因素。在酸性 pH 环境下，Fe₀先与 H+作用生成 Fe²Σ⁺ ，进一步与 H₂O₂ 反应 Fenton 生成强氧化自由基 ⋅⋅ OH 并氧化生成 Fe³⁺，而体系中过量 Fe₀能够及时还原 Fe³⁺ ，实现 Fe² ⁺再生，保证 Fenton 反应循环持续进行。对于印染废水，有学者发现，添加 Fe₀的量为 0.2g/L ， H₂O₂ 浓度为 10mmol/L，pH=3，反应 60min 时，COD 和氨氮的去除率能显著提高，证明了体系 Fe 的循环在生成持续性强氧化性自由基方面的作用。铁循环影响因素主要有 Fe₀投加量、pH，当 Fe₀过量时则出现 Fe²⁺消耗以及生成的 Fe³⁺易发生沉淀的情况，另外，酸性环境有利于 Fe²⋅/Fe³⋅ ，碱性环境易于生成氢氧化物沉淀，不利于 Fe₀循环，所以适当 Fe₀投加量以及酸性条件下（ s⩽pH⩽7 ）是提升 Fe₀/H₂O₂ 体系去除印染废水 COD和氨氮关键所在。

五 结论

本研究系统探讨了 Fe₀/H₂O₂ 协同催化氧化体系在印染与制药废水深度处理中的应用，取得了显著成果。该体系在优化条件下（如 pH、催化剂配比、反应时间等）展现出高效脱色与 COD 去除能力，明显优于传统 Fe-C 微电解法，且减少亚铁离子残留导致的返色问题。对高浓度制药废水亦具良好处理效果，COD 与氨氮去除率分别达 85.52% 与 84.56% 。后续研究应聚焦工艺参数优化、反应机理深入解析、中试及工业化应用可行性评估，并关注铁泥等副产物的环境友好处置，以推动技术实际应用与可持续发展。

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