2019-03-21 17:44:27
芬頓反應
芬頓反應是一種無(wú)機化學(xué)反應,過(guò)程是過(guò)氧化氫(H2O2) 與二價(jià)鐵離子Fe的混合溶液將很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酯類(lèi)氧化為無(wú)機態(tài)。反應具有去除難降解有機污染物的高能力,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有很廣泛的應用。
企業(yè)廢水處理工藝
水處理工藝最少要3個(gè)環(huán)節,如厭氧-好氧-絮凝。多年以為我國的污水處理采用傳統工藝進(jìn)行污水處理,隨著(zhù)近年來(lái)國家逐漸提高污水排放標準,例如:本來(lái)印染廠(chǎng)就設計COD100mg/L以?xún)鹊?,現在COD要提高到80mg/L,到2016年1月1日,還要求提到60mg/L。這表明我國對廢水的排放標準越來(lái)越嚴格,處理力度越來(lái)越大。
傳統工藝只要藥劑質(zhì)量不好就難以穩定達標。在這個(gè)時(shí)候,許多企業(yè)就會(huì )采用深度處理工藝進(jìn)行廢水處理以適應新的廢水排放標準,比如臭氧處理,芬頓處理(硫酸亞鐵+雙氧水),膜處理,電吸咐等等。目前應用最為廣泛,市場(chǎng)最為認可的便是芬頓法(硫酸亞鐵+雙氧水)處理廢水。
芬頓處理缺點(diǎn)與問(wèn)題
采用芬頓深度處理工藝的特點(diǎn)是需要有條件,要求前面處理效果比較好,污染物溶度比較低等。芬頓法處理的主要藥劑是硫酸亞鐵,雙氧水,酸,堿(方法是反應后回調PH值)。
一、影響芬頓反應的因素
1、溫度因素
在芬頓反應中,溫度是影響其效果的重要因素,溫度不斷升高,芬頓反應的速度會(huì )逐漸加快,隨著(zhù)溫度的提高,?OH的生成速度會(huì )提高,能夠促進(jìn)?OH與有機物發(fā)生反應,使氧化效果得到提升,提高CODCr的去除率。溫度的升高也會(huì )使H2O2的分解速度加快,分解成O2與H2O,這對于?OH的生成是不利的[1]。不同類(lèi)型的工業(yè)廢水中,芬頓反應的最合適溫度也是不同的。
2、pH值
通常情況下,在酸性環(huán)境下,芬頓試劑才會(huì )發(fā)生反應,pH的提高會(huì )使?OH得出現受到限制,并且會(huì )出現氫氧化鐵沉淀,催化能力喪失。如果溶液中有濃度較高的H+,Fe3+不能被還原為Fe2+,催化反應就會(huì )受到阻礙[2]。有研究結果表明在酸性環(huán)境下,尤其是pH在3-5之間時(shí),芬頓試劑有很強的氧化能力,這時(shí)有機物的降解速度比較快,能夠在幾分鐘內降解。同時(shí)有機物的反應速率與Fe2+以及過(guò)氧化氫的初始濃度成正比例關(guān)系。在工業(yè)處理中使用芬頓工藝,需要將廢水的pH調到3.5左右為最佳。
3、有機物
對于不同類(lèi)型的工業(yè)廢水,芬頓試劑的使用量以及氧化效果是存在差異的,主要是由于不同類(lèi)型的工業(yè)廢水中,存在著(zhù)不同類(lèi)型的有機物。對于糖類(lèi)等碳水化合物,由于受到羥基自由基的作用,分子會(huì )出現脫氫反應,C-C鍵斷鏈;對于具有水溶性的高分子和乙烯化合物,羥基自由基會(huì )使C=C鍵斷裂。羥基自由基能夠使芳香族化合物出現開(kāi)環(huán)進(jìn)而形成脂肪類(lèi)的化合物,使這種類(lèi)型廢水中的生物毒性降低,使其可生化性得到改善。4、H2O2與催化劑投入數量利用芬頓工藝對工業(yè)廢水進(jìn)行處理時(shí),需要明確藥劑投入的數量及其經(jīng)濟性,如果其中投入的H2O2量比較大,就會(huì )提高廢水中CODCr的去除率。但是到達一定數量后,CODCr的去除率會(huì )呈現出逐漸下降的趨勢。催化劑的投入數量與H2O2的投入量存在著(zhù)相同的情況,Fe2+的數量增加,CODCr的去除率會(huì )提高,達到一定程度后,CODCr的去除率就會(huì )下降[3]。在實(shí)際的工作中需要通過(guò)實(shí)驗明確H2O2與催化劑的投入數量。
二、芬頓工藝在工業(yè)廢水處理中的應用
1、印染廢水中色度比較高,化學(xué)需氧量的濃度比較高,含鹽量也比較高,可生化性不強。芬頓試劑具有較高的氧化性,能夠使一些難以通過(guò)生物降解的有機物轉換成可生化性比較好的物質(zhì),對染料中發(fā)色的基團進(jìn)行破壞,使色度降低,因而被廣泛的應用到印染廢水處理中。利用芬頓衍生的工藝手段,例如利用微電解-Fenton氧化工藝對蒽醌染整廢水進(jìn)行處理,這種廢水難以降解,化學(xué)需氧量的去除率在93.5%左右,BOD5的去除率為93%左右,出水色度能夠除掉95.5%左右。在pH為2-4之間時(shí),過(guò)氧化氫的投入量為30g/L,催化劑的投入量是過(guò)氧化氫的1/150時(shí),使用芬頓工藝對中間體H酸生產(chǎn)的廢水進(jìn)行處理,能夠達到50%的化學(xué)需氧量去除率。
2、芬頓工藝在焦化廢水中的應用
焦化廢水中有難以生化降解的多稠環(huán)芳烴和含氮雜環(huán)化合物,廢水中含有很多生物毒性,抑制性的物質(zhì)也比較多,即使進(jìn)行生化處理,廢水也很難達到標準。厭氧好氧工藝法無(wú)法使焦化廢水達到合理的排放標準,雖然使用活性炭工藝進(jìn)行處理能夠達到一定的效果,但是這種工藝方法的成本消耗比較高,并且會(huì )出現二次污染。芬頓工藝在難降解有機物廢水處理中有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景,并且能夠實(shí)現良好的效果。
3、芬頓工藝在垃圾滲濾液中的應用
垃圾滲濾液中含有很高濃度的有機物,其中的大部分是難以通過(guò)生物降解的有機物,還有很多有毒有害的物質(zhì),氨氮的濃度比較高,微生物營(yíng)養元素的比例嚴重失調,使用一般的生化處理工藝,過(guò)程比較復雜,效果一般。而使用芬頓工藝對生化處理后的垃圾滲濾液進(jìn)行處理,出水水質(zhì)能夠達到二級污水排放標準,能夠提高垃圾滲濾液的可生化性,能夠為接下來(lái)的生化處理提供重要的保障。
4、芬頓工藝在含酚物質(zhì)廢水中的應用
酚類(lèi)物質(zhì)的毒性比較高,對人體有致癌的作用,是比較難降解的工業(yè)廢水。芬頓工藝可以處理苯酚、甲酚等多種酚類(lèi),并且有很好的效果。如果室溫合理,pH在3-6之間,并且有氧化鐵催化劑,過(guò)氧化氫能夠對酚結構快速的破壞,在氧化的過(guò)程中能夠先將苯環(huán)分裂為二元酸,然后生成二氧化碳和水。芬頓工藝在含酚廢水中的應用比較多,能夠使廢水中的生物毒害性減小,使廢水中的生物降解性能得到改善。
5、結束語(yǔ)
芬頓反應能夠很好地降解有毒有機污染物,并且有著(zhù)比較廣泛的應用氛圍,在實(shí)驗室以及實(shí)際應用中都取得了良好的效果。當前工業(yè)廢水處理中都提倡循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展模式,使用單一的污水處理廠(chǎng)對有毒的廢水進(jìn)行處理,不能得到理想的效果,而芬頓工藝是一種十分有效地廢水處理手段,能夠對廢水進(jìn)行可生化性以及深度處理,加之其他技術(shù)實(shí)現中水回用,達到循環(huán)利用的目的。
芬頓試劑法是針對一些特別難降解的機有污染物如高COD,利用硫酸亞鐵和雙氧水的強氧化還原性,生成反應強氧化性的羥基自由基,與難降解的有機物生成自由基,最后有效的氧化分解(芬頓(Fenton)試劑反應機理)。芬頓試劑的處理效果受到廢水污染物濃度,反應的pH值,硫酸亞鐵與雙氧水的比例,雙氧水的投加濃度的影響。
芬頓試劑的主要藥劑是硫酸亞鐵與雙氧水與堿。硫酸亞鐵與雙氧水的投加順序會(huì )影響到廢水的處理效果。先通過(guò)正交實(shí)驗將硫酸亞鐵與雙氧水的投加比例得出(一旦控制不好便容易返色)。再按照先調PH值,投加硫酸亞鐵,再投加雙氧水,再進(jìn)行PH值調節的順序進(jìn)行投加。在硫酸亞鐵投加后反應15分鐘左右,再進(jìn)行雙氧水的投加,反應20~40分鐘后再加入堿回調pH值,處理效果更佳。
由于芬頓氧化過(guò)程中硫酸亞鐵的大量投加,使得硫酸亞鐵中鐵離子的大量沉淀,產(chǎn)了大量的鐵泥。甚至會(huì )造成大量的污泥懸浮物在廢水中難以沉降。出現這種情況的原因大多數是因為硫酸亞鐵與雙氧水的投加比例沒(méi)有控制好,或雙氧水投加過(guò)量、反應不徹底導致。出現這種情況后可以通過(guò)投加絮凝劑(聚丙烯酰胺)進(jìn)行強化絮凝沉淀?;蛘咄ㄟ^(guò)投加石灰粉進(jìn)行PH值調節及助凝對懸浮物進(jìn)行凝聚沉淀。
一般在污水處理工程上,采用芬頓都有特殊的反應條件和足夠的反應時(shí)間,如果確定芬頓反應進(jìn)行徹底,可在水中投加非離子型的聚丙烯酰胺,它可以幫助污泥加速沉降。利用硫酸亞鐵芬頓對一些高色度與高COD廢水的去除率都可以達到90%-95%。