芬顿工艺的应用

【概要描述】芬顿法作为化学处理污水法中的常用工艺,也具备很长的应用历史了,并且由于其每项药剂的配比、投加控制等等比较复杂

芬顿工艺的应用

【概要描述】芬顿法作为化学处理污水法中的常用工艺,也具备很长的应用历史了,并且由于其每项药剂的配比、投加控制等等比较复杂

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芬顿工艺技术的应用
 
芬顿法作为化学处理污水法中的常用工艺,也具备很长的应用历史了,并且由于其每项药剂的配比、投加控制等等比较复杂,一直也是一个非常考验技术调试水平的工艺,那么咱们今天就来看看,有关芬顿工艺在运行中,都需要注意哪些事情呢?
 
利用芬顿工艺对工业废水进行处理,能够在极短的时间内将工业废水中的有机物进行氧化分解,氧化率比较高,不会出现二次污染。并且这种工艺的基建投资比较少,操作工艺比较简单,因此芬顿工艺在近年来的工业废水处理中被广泛的应用,取得了良好的效果。
 
芬顿试剂的实质是二价铁离子(Fe2+)和过氧化氢之间的链反应催化生成羟基自由基,其氧化电位仅次于氟,高达2.80eV,因此具有较强的氧化能力。另外, 羟基自由基具有很高的电负性或亲电性,其电子亲和能力达569.3kJ,具有很强的加成反应特性,因而芬顿试剂可无选择氧化水中的大多数有机物,特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以凑效的有机废水的氧化处理,芬顿试剂在处理有机废水时会发生反应产生铁水络合物,主要反应式如下:
 
Fe(H2O)6]3++H2O→[Fe(H2O)5OH]2++H3O+
 
[Fe(H2O)5OH]2++H2O→[Fe(H2O)4(OH)2]+ H3O+
 
当pH为3~7时,上述络合物变成:
 
2[Fe(H2O)5OH]2+→[Fe(H2O)8(OH)2]4++2H2O
 
[Fe(H2O)8(OH)2]4++H2O→[Fe2(H2O)7(OH)3]3++H3O+
 
[Fe2(H2O)7(OH)3]3++
 
[Fe(H2O)5OH]2+→[Fe3(H2O)7(OH)4]5++5H2O
 
以上反应方程式表达了芬顿试剂所具有的絮凝功能。芬顿试剂所具有的这种絮凝/沉淀功能是芬顿试剂降解CODcr的重要组成部分,可以看出利用芬顿试剂处理废水所取得的处理效果,并不是单纯的因为羟基自由基的作用,这种絮凝/沉降功能同样起到了重要的作用。
 
传统芬顿法在黑暗中就能力破坏有机物,具有设备投资省的优点,但其存在两个致命的缺点:一是不能充分矿化有机物,初始物质部分转化为某些中间产物,这些中间产或与Fe3+形成络合物,或与•OH的生成路线发生竞争,并可能对环境造成的更大危害;二是H2O2的利用率不高,致使处理成本很高。
 
不过其氧化能力确实出众,因此虽说其有很多局限性,但是在目前的水处理领域中,还是非常常见的。那下面我们就看一看影响芬顿反应的因素都有啥。
 
一、影响芬顿反应的因素
1、温度因素
在芬顿反应中,温度是影响其效果的重要因素,温度不断升高,芬顿反应的速度会逐渐加快,随着温度的提高,OH的生成速度会提高,能够促进OH与有机物发生反应,使氧化效果得到提升,提高CODCr的去除率。温度的升高也会使H2O2的分解速度加快,分解成O2与H2O,这对于羟基自由基的生成是不利的。不同类型的工业废水中,芬顿反应的最合适温度也是不同的。
 
2、pH值
通常情况下,在酸性环境下,芬顿试剂才会发生反应,pH的提高会使羟基自由基得出现受到限制,并且会出现氢氧化铁沉淀,催化能力丧失。但是溶液中有浓度较高的H+,Fe3+不能被还原为Fe2+,催化反应也会受到阻碍。有研究结果表明在酸性环境下,尤其是pH在3-5之间时,芬顿试剂有很强的氧化能力,这时有机物的降解速度比较快,能够在几分钟内降解。同时有机物的反应速率与Fe2+以及过氧化氢的初始浓度成正比例关系。在工业处理中使用芬顿工艺,需要将废水的pH调到3.5左右为最佳。
 
3、有机物
对于不同类型的工业废水,芬顿试剂的使用量以及氧化效果是存在差异的,主要是由于不同类型的工业废水中,存在着不同类型的有机物。对于糖类等碳水化合物,由于受到羟基自由基的作用,分子会出现脱氢反应,C-C键断链;对于具有水溶性的高分子和乙烯化合物,羟基自由基会使C=C键断裂。羟基自由基能够使芳香族化合物出现开环进而形成脂肪类的化合物,使这种类型废水中的生物毒性降低,使其可生化性得到改善。
 
4、H2O2与催化剂投入数量
利用芬顿工艺对工业废水进行处理时,需要明确药剂投入的数量及其经济性,如果其中投入的H2O2量比较大,就会提高废水中CODCr的去除率。但是到达一定数量后,CODCr的去除率会呈现出逐渐下降的趋势。催化剂的投入数量与H2O2的投入量存在着相同的情况,Fe2+的数量增加,CODCr的去除率会提高,达到一定程度后,CODCr的去除率就会下降。在实际的工作中需要通过实验明确H2O2与催化剂的投入数量。
 
二、芬顿工艺在工业废水处理中的应用
1、芬顿工艺在印染废水中的应用
印染废水中色度比较高,化学需氧量的浓度比较高,含盐量也比较高,可生化性不强。芬顿试剂具有较高的氧化性,能够使一些难以通过生物降解的有机物转换成可生化性比较好的物质,对染料中发色的基团进行破坏,使色度降低,因而被广泛的应用到印染废水处理中。利用芬顿衍生的工艺手段,例如利用微电解-Fenton氧化工艺对蒽醌染整废水进行处理,这种废水难以降解,化学需氧量的去除率在93.5%左右,BOD5的去除率为93%左右,出水色度能够除掉95.5%左右。在pH为2-4之间时,过氧化氢的投入量为30g/L,催化剂的投入量是过氧化氢的1/150时,使用芬顿工艺对中间体H酸生产的废水进行处理,能够达到50%的化学需氧量去除率。
 
2、芬顿工艺在焦化废水中的应用
焦化废水中有难以生化降解的多稠环芳烃和含氮杂环化合物,废水中含有很多生物毒性,抑制性的物质也比较多,即使进行生化处理,废水也很难达到标准。厌氧好氧工艺法无法使焦化废水达到合理的排放标准,虽然使用活性炭工艺进行处理能够达到一定的效果,但是这种工艺方法的成本消耗比较高,并且会出现二次污染。芬顿工艺在难降解有机物废水处理中有着广阔的发展前景,并且能够实现良好的效果。
 
3、芬顿工艺垃圾渗滤液中的应用
垃圾渗滤液中含有很高浓度的有机物,其中的大部分是难以通过生物降解的有机物,还有很多有毒有害的物质,氨氮的浓度比较高,微生物营养元素的比例严重失调,使用一般的生化处理工艺,过程比较复杂,效果一般。而使用芬顿工艺对生化处理后的垃圾渗滤液进行处理,出水水质能够达到二级污水排放标准,能够提高垃圾渗滤液的可生化性,能够为接下来的生化处理提供重要的保障。
 
4、芬顿工艺在含酚物质废水中的应用
酚类物质的毒性比较高,对人体有致癌的作用,是比较难降解的工业废水。芬顿工艺可以处理苯酚、甲酚等多种酚类,并且有很好的效果。如果室温合理,pH在3-6之间,并且有氧化铁催化剂,过氧化氢能够对酚结构快速的破坏,在氧化的过程中能够先将苯环分裂为二元酸,然后生成二氧化碳和水。
 
芬顿工艺在含酚废水中的应用比较多,能够使废水中的生物毒害性减小,使废水中的生物降解性能得到改善。
 
芬顿反应能够很好地降解有毒有机污染物,并且有着比较广泛的应用范围,在实验室以及实际应用中都取得了良好的效果。当前工业废水处理中都提倡循环经济的发展模式,使用单一的污水处理厂对有毒的废水进行处理,不能得到理想的效果,而芬顿工艺是一种十分有效地废水处理手段,能够对废水进行可生化性以及深度处理,加之其他技术实现中水回用,达到循环利用的目的。
 
不过芬顿法的进一步发展也深受其短处影响,例如铁泥的处理,如果按照危废处理将大大增加吨水处理成本,因此目前各公司也开展了不少的研究,减少铁泥产量,例如膜芬顿技术、非均相催化技术等等,不过这些都处于研究阶段,具体大规模应用的效果如何,还有待于观察。
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