铁基类芬顿氧化技术在表面水处理中的应用：膜污染控制与磺胺甲恶唑降解的对比研究

针对超滤技术在水处理中面临的膜污染和抗生素去除效率低的问题，研究人员系统比较了Fe(II)/PAA、Fe(II)/PMS和Fe(II)/SPC三种类芬顿预处理技术的效果。结果表明，Fe(II)/PAA体系在降低膜污染阻力（84.88%）和降解磺胺甲恶唑（SMX）（98.83%）方面表现最优，其机制涉及Fe(III)混凝、羟基自由基（·OH）和FeIVO2+氧化协同作用。该研究为水处理中双碳目标的实现提供了技术支撑。

　　

抗生素的广泛使用导致地表水中残留量增加，引发抗性基因传播和环境风险。超滤技术虽能高效净化水质，却面临膜污染和抗生素去除不彻底的双重挑战。如何通过预处理技术同步解决这两个问题，成为水处理领域的研究热点。

中国的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表论文，系统比较了三种铁基类芬顿体系（Fe(II)/PAA、Fe(II)/PMS、Fe(II)/SPC）在表面水处理中的性能。研究发现，Fe(II)/PAA在最佳浓度下可实现84.88%的膜污染阻力降低和98.83%的SMX降解率，显著优于其他两种体系。通过活性物种识别和XDLVO理论分析，揭示了Fe(III)混凝与自由基氧化的协同机制，其中羟基自由基（·OH）和高价铁氧离子（Fe^IVO²⁺）起关键作用。该研究为水处理工艺优化提供了理论依据和技术路径。

关键技术包括：1）模拟地表水配制（含SMX、藻酸钠等典型污染物）；2）氧化效能评估（UV₂₅₄、DOC等指标检测）；3）自由基淬灭实验（鉴定活性物种）；4）XDLVO理论建模（分析膜污染机理）；5）膜阻力模型构建。

传统水质特征
实验显示，单独Fe(II)对UV₂₅₄和DOC去除效果有限，而氧化剂加入后显著改善。Fe(II)/PAA对UV₂₅₄去除最有效，但DOC去除较差，说明其选择性氧化特性。

膜污染控制效能
三种体系污染阻力降低率排序为：Fe(II)/SPC（64.91%）< Fe(II)/PMS（81.11%）< Fe(II)/PAA（84.88%）。Zeta电位和粒径分析表明，氧化-混凝协同作用改变了污染物表面特性。

SMX降解机制
淬灭实验证实·OH和Fe^IVO²⁺是主要活性物种。Fe(II)/PMS体系中SO₄^·-贡献显著，而Fe(II)/PAA中烷氧自由基（R-O·）发挥重要作用。

XDLVO理论解析
所有预处理均增强了污染物-膜间排斥力，其中Fe(II)/PAA使界面自由能变化最显著（ΔG^adh降低72.3%），有效抑制污染物粘附。

该研究证实Fe(II)/PAA体系兼具高效污染控制和抗生素降解能力，其多重机制包括：1）Fe(III)混凝降低污染物负荷；2）自由基攻击有机物分子结构；3）界面特性改良抑制污染层形成。成果不仅深化了对铁基高级氧化过程的认识，还为水处理行业实现"双碳"目标提供了可行方案，具有重要的工程应用价值。