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芬顿工艺的影响因素及其应用

文章出处:管理员 人气: 发表时间:2018-10-19 16:08

  目前工业废水处理的主流及热点技术包括厌氧生物处理技术、膜处理技术、高级氧化技术、脱氮除磷技术、生态处理技术等。基于技术经济成本,高级氧化过程与传统工艺结合是目前技术应用方向。芬顿工艺具有基建投资低、运行费用低、操作工艺简单等优点,近年来在难降解工业废水处理中得到了广泛应用。与其他传统的水处理方法相比,Fenton氧化法具有以下特点:

  (1)反应速率高,在Fe2+离子的作用下,H2O2能够迅速分解产生·OH,·OH具有极强的得电子能力也就是氧化能力,氧化电位2.8V,其氧化能力仅次于氟;

  (2)·OH可以直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物;

  (3)由于羟基自由基的氧化能力很强,所以反应速度快,可以在较短的反应时间内达到处理要求;

  (4)芬顿反应可以作为单独处理工艺,又可与其他处理工艺相结合,提高处理效率且能够降低处理成本。


1、芬顿反应影响因素

1.1温度

  温度是芬顿反应的重要影响因素之一。一般化学反应随着温度的升高会加快反应速度,芬顿反应也不例外,温度升高会加快·OH的生成速度,有助于·OH与有机物反应,提高氧化效果和CODCr的去除率;但是,温度升高也会加速H2O2的分解,分解为O2和H2O,不利于·OH的生成。不同种类工业废水的芬顿反应最佳温度,也存在一定差异。

1。2 pH

  一般来说,芬顿试剂是在酸性条件下发生反应的,pH升高会抑制·OH的产生,而且会产生氢氧化铁沉淀而失去催化能力。当溶液中的H+浓度过高,Fe3+不能顺利的被还原为Fe2+,催化反应受阻。多项研究结果表明芬顿试剂在酸性条件下,特别是pH在3~5时氧化能力很强,此时的有机物降解速率最快,能够在短短几分钟内降解。此时有机物的反应速率常数正比于Fe2+和过氧化氢的初始浓度。因此,在工程上采用芬顿工艺时,建议将废水pH调节到2~4,理论上在pH为3.5时为最佳。

1.3有机底物

  针对不同种类的废水,芬顿试剂的投加量、氧化效果是不同的。这是因为不同类型的废水,有机物的种类是不同的。对于醇类(甘油)及糖类等碳水化合物,在羟基自由基作用下,分子发生脱氢反应,然后C-C键断链;对于大分子的糖类,羟基自由基使糖分子链中的糖苷键发生断裂,降解生成小分子物质;对于水溶性的高分子及乙烯化合物,羟基自由基使得C=C键断裂;并且羟基自由基可以使得芳香族化合物开环,形成脂肪类化合物,从而消除降低该种类废水的生物毒性,改善其可生化性;针对染料类,羟基自由基可以打开染料中官能团的不饱和键,使染料氧化分解,达到脱色和降低CODCr的目的。

1.4过氧化氢与催化剂投加量

  芬顿工艺在处理废水时需要判断药剂投加量及经济性。H2O2的投加量大,废水CODCr的去除率会有所提高,但是当H2O2投加量增加到一定程度后,CODCr的去除率会慢慢下降。因为在芬顿反应中H2O2投加量增加,·OH的产量会增加,则CODCr的去除率会升高,但是当H2O2的浓度过高时,双氧水会发生分解,并不产生羟基自由基。催化剂的投加量也有与双氧水投加量相同的情况,一般情况下,增加Fe2+的用量,废水CODCr的去除率会增大,当Fe2+增加到一定程度后。CODCr的去除率开始下降。原因是因为当Fe2+浓度低时,随着Fe2+浓度升高,H2O2产生的·OH增加;当Fe2+的浓度过高时,也会导致H2O2发生无效分解,释放出O2。在工程实际中过氧化氢及催化剂的投加一般通过实验后确定。

  

 
2、芬顿工艺在废水处理中的运用

  近年来,随着污水中污染物成分越来越复杂,传统的生化系统很难处理达标。芬顿工艺在工业废水处理中广泛应用,用来处理难以降解的有机污染物。

2。1焦化废水

  焦化废水中含有难生化降解的多稠环芳烃和含氮杂环化合物,废水中生物毒性及抑制性物质多,生化处理后废水难以达标。传统的A/O或A2/O等方法难以实现焦化废水的稳定达标排放,采用活性炭工艺处理有一定的效果,但是运行成本较高而且会产生二次污染。由于芬顿工艺在处理难降解有机物废水的领域有较广泛的前景,李亚峰采用Fenton反应和活性炭吸附的组合工艺,可以将焦化废水的COD去除97%左右,出水能够达到污水排放一级标准。采用Fenton工艺处理COD为2000mg/L左右的焦化废水,也可以取得不错的效果。

2.2印染废水

  印染废水具有色度高,COD浓度高,含盐量高,可生化性差的特点。芬顿试剂具有高氧化性特点,可以使部分难生物降解有机物转换成可生化性好的物质,并且可以破坏染料中的发色基团,降低色度,所以被广泛应用于印染废水的处理领域。采用芬顿的衍生工艺,如微电解-Fenton氧化工艺处理难降解蒽醌染整废水,COD去除率93%~94%;BOD5去除率可达90%~95%;出水色度也可去除95%~96%。

2.3垃圾渗滤液

  垃圾渗滤液的有机物浓度非常高、并且大部分属于难生物降解有机物,其中还包含了很多有毒有害物质,氨氮浓度高、微生物营养元素比例失调,一般生化处理工艺复杂并且效果一般。研究发现用Fenton工艺处理经过生化处理后的垃圾渗滤液,出水水质可达污水排放二级标准。

  

3、结语

  芬顿工艺近年来在焦化废水、印染废水、垃圾渗滤液等废水处理中得到了广泛应用。在实际应用中,要关注温度、pH、有机底物、过氧化氢与催化剂投加量等对处理效率的影响,建议在工程应用之前进行小试试验确定最佳反应条件。在后续研究中,探索UV芬顿、光芬顿、电芬顿等技术是提高芬顿反应处理效率、降低药剂剂量的应用方向。

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