廢水處理工藝-芬頓詳解

廢水處理工藝-芬頓工藝詳解

芬頓氧化法可作為廢水生化處理前的預(yù)處理工藝，也可作為廢水生化處理后的深度處理工藝。該方法主要適用于含難降解有機(jī)物廢水的處理，如造紙工業(yè)廢水、煤化工業(yè)廢水、石油化工廢水、精細(xì)化工廢水、發(fā)酵工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等廢水，以及對工業(yè)園區(qū)集中廢水處理廠等廢水的處理。

芬頓反應(yīng)原理
 

 

       1893年，化學(xué)家Fenton發(fā)現(xiàn)，過氧化氫(H2O2)與二價鐵離子的混合溶液具有強(qiáng)氧化性，可以將當(dāng)時很多已知的有機(jī)化合物如羧酸、醇、酷類氧化為無機(jī)態(tài)，氧化效果十分顯著。但此后半個多世紀(jì)中，這種氧化性試劑卻因為氧化性極強(qiáng)而沒有太被重視。

       進(jìn)入20世紀(jì)70年代，芬頓試劑在環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域中找到了它應(yīng)有的位置。芬頓試劑具有去除難降解有機(jī)污染物的功能，在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)年，芬頓發(fā)現(xiàn)該試劑時，并不清楚過氧化氫與二價鐵離子反應(yīng)到底生成了何種氧化劑，只知道該氧化劑具有很強(qiáng)的氧化能力。二十多年后，有人假設(shè)可能反應(yīng)中產(chǎn)生了羥基自由基，否則氧化性不會有如此強(qiáng)。因此，人們采用了一個領(lǐng)域內(nèi)較廣泛使用的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：

Fe2+ + H2O2 → Fe3++ OH· +OH

       芬頓氧化法是在酸性條件下，其H2O2在Fe2＋存在下生成強(qiáng)氧化能力的羥基自由基OH·，并引發(fā)更多其他活性氧，以實現(xiàn)對有機(jī)物的降解，其氧化過程為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。其中以O(shè)H產(chǎn)生作為鏈的開始，而其他活性氧和反應(yīng)中間體構(gòu)成了鏈的節(jié)點，各活性氧被消耗，反應(yīng)鏈終止。其反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜，這些活性氧僅供有機(jī)分子并使其轉(zhuǎn)化為CO2 和H20等無機(jī)物，從而使Fenton 氧化法成為重要的高級氧化技術(shù)之一。
 

進(jìn)水水質(zhì)要求

01，芬頓氧化法進(jìn)水應(yīng)符合以下條件

（1）在酸性條件下易產(chǎn)生有毒有害氣體的污染物（如硫離子、氰根離子等）不應(yīng)進(jìn)入芬頓氧化工藝單元；

（2）進(jìn)水中懸浮物含量宜＜200mg/ L；

（3）應(yīng)控制進(jìn)水中 Cl-、H2PO3-、HC03-、油類和其他影響芬頓氧化反應(yīng)的無機(jī)離子或污染物濃度，其限制濃度應(yīng)根據(jù)試驗結(jié)果確定。

02，芬頓氧化法進(jìn)水不符合條件時應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)采取相應(yīng)的預(yù)處理措施：

（1）芬頓氧化法用于生化處理預(yù)處理時，可設(shè)置粗、細(xì)格柵、沉砂池、沉淀池或混凝沉淀池，去除漂浮物、砂礫和懸浮物等易去除污染物；芬頓氧化法用于廢水深度處理時，宜設(shè)置混凝沉淀或過濾工序進(jìn)行預(yù)處理；

（2）進(jìn)水中溶解性磷酸鹽濃度過高時，宜投加熟石灰，通過混凝沉淀去除部分溶解性磷酸鹽；

（3）進(jìn)水中含油類時，宜設(shè)置隔油池除油；

（4）進(jìn)水中含硫離子時，應(yīng)采取化學(xué)沉淀或化學(xué)氧化法去除；進(jìn)水中含氰離子時，應(yīng)采取化學(xué)氧化法去除；

（5）進(jìn)水中含有其他影響芬頓氧化反應(yīng)的物質(zhì)時，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)采取相應(yīng)的去除措施，以消除對芬頓氧化反應(yīng)的影響。芬頓氧化法用于生化處理的預(yù)處理時，若進(jìn)水水質(zhì)水量變化較大，芬頓氧化工藝前應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池。芬頓的影響因素

溫度

溫度是芬頓反應(yīng)的重要影響因素之一。一般化學(xué)反應(yīng)隨著溫度的升高會加快反應(yīng)速度，芬頓反應(yīng)也不例外，溫度升高會加快OH·的生成速度，有助于OH·與有機(jī)物反應(yīng)，提高氧化效果和COD的去除率。但對于芬頓試劑這樣復(fù)雜的反應(yīng)體系來說，溫度升高不僅會加速正反應(yīng)的進(jìn)行，也加速副反應(yīng)，同時會加速H2O2的分解，而分解得到的02和H20，不利于OH·的生成。不同種類工業(yè)廢水中的芬頓反應(yīng)，其適合的溫度，也存在一定差異。處理聚丙烯酰胺水溶液時，溫度應(yīng)控制在30℃至50℃；洗膠廢水處理時溫度為85℃；處理三氯（苯）酚時，當(dāng)溫度低于60℃時， 有助于反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)高于60℃時，則不利于反應(yīng)。

pH值

一般來說，芬頓試劑是在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)的，在中性和堿性的環(huán)境中，F(xiàn)e2＋不能催化氧化H202 產(chǎn)生OH·，而且會產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，從而失去催化能力；當(dāng)溶液中的H＋濃度過高，F(xiàn)e3＋不能順利的被還原為Fe2+ ，催化反應(yīng)受阻。多項研究結(jié)果表明芬頓試劑在酸性條件下，特別是pH在3—5 時氧化能力很強(qiáng)，此時有機(jī)物降解速率快，能夠在短短幾分鐘內(nèi)降解，有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)正比于Fe2＋和過氧化氫的初始濃度。因此，在工程上采用芬頓工藝時，建議將廢水調(diào)節(jié)到2—4，理論上pH值在3—5時為最佳。

有機(jī)物

對不同種類的廢水，芬頓試劑的投加量、氧化效果是不同的。因為不同類型的廢水中，其有機(jī)物的種類是不同的。對于醇類（甘油）及糖類等碳水化合物，在羥基自由基作用下，分子發(fā)生脫氫反應(yīng)，然后產(chǎn)生C-C鍵的斷鏈；對于大分子的糖類，羥基自由基使糖分子鏈中的糖苷鍵發(fā)生斷裂，降解生成小分子物質(zhì)；對于水溶性的高分子及乙烯化合物，羥基自由基使得C-C鍵斷裂；并且羥基自由基可以使得芳香族化合物開環(huán)，形成脂肪類化合物，從而消除降低該種類廢水的生物毒性，改善其可生化性。

針對染料類，羥基自由基可以打開染料中官能團(tuán)的不飽和鍵，使染料氧化分解，達(dá)到脫色和降低COD的目的。用芬頓試劑降解殼聚糖的實驗表明，當(dāng)介質(zhì)pH值在3—5時，聚糖、H202及催化劑的摩爾比在240：1—2 或24：1—2時，芬頓反應(yīng)可以使殼聚糖分子鏈中的糖苷鍵發(fā)生斷裂，從而生成小分子的產(chǎn)物。

過氧化氫與催化劑投加量

芬頓工藝在處理廢水時需要判斷藥劑投加量及經(jīng)濟(jì)性。H202的投加量大，廢水COD 的去除率會有所提高，但是當(dāng)H202投加量增加到一定程度后，COD的去除率會慢慢下降。因為在芬頓反應(yīng)中，H202投加量增加，OH·的產(chǎn)量就會隨之增加，而COD的去除率會相應(yīng)降低。但是當(dāng)H2O2的濃度過高時，雙氧水會發(fā)生分解，并不產(chǎn)生羥基自由基。

催化劑的投加量也有與雙氧水投加量相同的情況。一般情況下，增加Fe2＋的用量，廢水COD的去除率會增大，當(dāng)Fe2＋增加到一定程度后，COD的去除率開始下降。這是因為當(dāng)Fe2＋濃度較低時，隨著Fe2＋濃度升高，H202 產(chǎn)生的OH·會增加；但當(dāng)Fe2+的濃度過高時，也會導(dǎo)致H2O2發(fā)生無效分解，釋放出02。


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