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芬頓法在水處理中的應用及其類型

文章出處:管理員 人氣: 發表時間:2018-09-30 10:49

  1894年,科學家Fenton H J發現,過氧化氫(H2O2)與二價鐵離子(Fe2+)混合後,可以將當時很多已知的有機化合物如醇、羧酸、酯類等氧化為無機態,氧化性極強。但這種氧化性試劑卻因為氧化性極強沒有被太多重視。直至上世紀70年代,水環境的汙染成為世界性難題,而具有去除難降解有機汙染物的高能力的Fenton試劑,在多種工業廢水處理中逐漸得到了廣泛的應用,並日益受到國內外的關注。

  1、Fenton試劑反應機理

  芬頓試劑具有很強的氧化能力在於其中含有Fe2+和H2O2。

  芬頓試劑的反應機理較為複雜,能夠發生多個自由基反應,現在普遍認為,芬頓實際反映的關鍵是雙氧水在亞鐵離子催化下生成的羥基自由基(·OH),其氧化能力強於臭氧,僅次於氟,高達2.80V。此外,·OH具有很高的電負性,具有很強的加成反應特性。正因為如此,在難降解有機物的處理中,芬頓試劑的優越性就體現了出來。人們常用芬頓試劑來處理工業尾水,或者通過物理化學方法難以處理的汙水。

  2、Fenton氧化法在廢水處理中的應用

  Fenton氧化法在廢水處理中的應用具有其它方法無可比擬的優點,但由於過氧化氫價格昂貴,如果單獨使用Fenton試劑,則成本太高,所以在實踐應用中通常與其他方法聯用,如與混凝沉降法、生物法、活性炭法等聯用,用於廢水的預處理或最終深度處理,以取得良好的效果。

  2.1廢水的預處理

  加入Fenton試劑對廢水進行預處理,是通過羥基自由基(·OH)與有機物的反應,使廢水中難降解的有機物發生偶合或氧化,形成分子量較小的中間產物,從而改變它們的可生化性、混凝沉澱性和溶解性,然後通過後續的混凝沉澱法或生化法加以去除,可達到淨化的目的。

  2.2廢水的深度處理

  一些工業廢水,經物化、生化處理後,水中仍有少量難降解有機物未得以去除,當水質未能達到排放標準時,可采用Fenton氧化法對其進行深度處理。例如,處理染料廢水采用中和-生化法時,由於仍殘留著生物難降解有機物,出水的COD和色度不能達標排放。而加入少量的Fenton試劑,可以同時達到去除COD和脫色的目的,使出水達到國家排放標準。

  3、Fenton氧化法的類型

  3.1普通Fenton法

  雙氧水在亞鐵離子的催化作用下分解產生羥基自由基,其氧化性極強,可將有機物分子轉化為無機物。於此同時,亞鐵離子作為催化劑會被氧化成為三價鐵離子,若溶液pH值為中性或堿性可生成Fe(OH)3膠體出現,眾所周知的膠體絮凝吸附作用,可大規模地去除汙水中的微小懸浮顆粒及膠體,大大提高水質。

  普通Fenton試劑法即使沒有光照也能分解氧化有機物,因此具有設備簡單一次性投入較低的優點。但也有兩點不足:其一是不能充分礦化有機物,初始物質部分轉化為某些中間產物,這些中間產物或與Fe3+形成絡合物,或與羥基自由基·OH的生成路線發生競爭,並可能對環境的危害更大;二是H2O2的利用率不高。為此人們把紫外線引入Fenton體係,形成了UV/Fenton法。

  3.2光-芬頓法

  普通芬頓法過氧化氫的利用率低,有機物礦化不充分,如果把光照(紫外光或可見光)引入標準芬頓體係,可以大大提高其對有機物處理效率及對有機物的降解程度,這種紫外或可見光照射下的Fenton試劑體係被稱為光-Fenton試劑。但光-芬頓試劑的缺點是處理費用較高。詳細的反應機理如下:

  3.3電-芬頓法

  電-芬頓試劑就是在電解槽中通過電解反應生成H2O2或Fe2+,從而形成芬頓試劑,並讓廢水流入電解槽,由於電化學作用,使反應機製得到改善,從而提高了試劑的處理效果。該法綜合了電化學反應和芬頓氧化,充分利用了二者的氧化能力。它與光-芬頓法相比自動產生H2O2的機製較完善。導致有機物降解的因素較多,除·OH的氧化作用外,還有陽極氧化、電吸附等。

  4、小結

  Fenton氧化法具有易於操作,方便快捷等優點,是一種應用潛力很大的廢水處理技術,在國外該方法早已在一些對經濟成本不敏感的工業廢水處理中得到廣泛的應用。但傳統Fenton法由於存在有機物礦化程度不高、雙氧水消耗大、成本高等缺點,所以近年來國內外側重於研究改性Fenton法。從發展曆程來看,基本上可沿著光化學和電化學兩條路線向前發展。