芬頓法處理工藝及其影響因素

1、芬頓法處理工藝及其影文件編碼(GHTU-UITID-GGBKT-POIU-WUUI-8968)芬頓法處理工藝及其影響因素1處理工藝芬頓氧化法概述芬頓法的實(shí)質(zhì)是二價(jià)鐵離子(Fe?+)、和雙氧水之間的鏈反應(yīng)催化生成 羥基自由基，具有較強(qiáng)的氧化能力，其氧化電位僅次于氟，高達(dá)。無(wú)機(jī) 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是，過(guò)氧化氫(HQ)與二價(jià)鐵離子(Fe)的混合溶液將很多 已知的有機(jī)化合物如段酸、醇、酯類氧化為無(wú)機(jī)態(tài)。另外，羥基自由基 具有很高的電負(fù)性或親電性，其電子親和能高達(dá)具有很強(qiáng)的加成反應(yīng) 特性，因而Fenton反應(yīng)具有去除難降解有機(jī)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

2、等廢 水處理中體現(xiàn)了很廣泛的應(yīng)用。氧化機(jī)理芬頓氧化法是在酸性條件下，在Fe存在下生成強(qiáng)氧化能力的羥 基自由基(0H),并引發(fā)更多的其他活性氧，以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的降解，其 氧化過(guò)程為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。其中以-0H產(chǎn)生為鏈的開始，而其他活性氧和反 應(yīng)中間體構(gòu)成了鏈的節(jié)點(diǎn)，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)分子并使其礦化為CO二和H：0等無(wú)機(jī)物。從 而使Fenton氧化法成為重要的高級(jí)氧化技術(shù)之一。當(dāng)芬頓發(fā)現(xiàn)芬頓試劑時(shí)，尚不清楚過(guò)氧化氫與二價(jià)鐵離子反應(yīng)到底 生成了什么氧化劑具有如此強(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(huì)有如此強(qiáng)。因此，以

3、后人 們采用了一個(gè)較廣泛引用的化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)描述芬頓試劑中發(fā)生的化 學(xué)反應(yīng)：Fe2+ H2O2-*Fe3OH_+ OH? 從上式可以看出，lmol的壓0二 與lmol的Fe”反應(yīng)后生成lmol的Fe3,同時(shí)伴隨生成lmol的0H-夕卜力口 lmol的羥基自由基。正是羥基自由基的存在，使得芬頓試劑具有強(qiáng)的氧 化能力。據(jù)計(jì)算在pH = 4的溶液中，？0H自由基的氧化電勢(shì)高達(dá)Vo在 自然界中，氧化能力在溶液中僅次于氟氣。因此，持久性有機(jī)物，特別 是通常的試劑難以氧化的芳香類化合物及一些雜環(huán)類化合物，在芬頓試 劑面前全部被無(wú)選擇氧化降解掉。1975年,美國(guó)著名環(huán)境化學(xué)家Walling C系統(tǒng)研究了芬

4、頓試劑中各類自由基的種類及Fe在Fenton試劑中扮演 的角色，得出如下化學(xué)反應(yīng)方程：HG + Fe。Fe” + 02? + 2H.02 + Fe。Fe + 0二？ 可以看出，芬頓試劑中除了產(chǎn)生lmol的0H?自由 基外,還伴隨著生成lmol的過(guò)氧自由基OR但是過(guò)氧自由基的氧化電勢(shì) 只有V左右，所以，在芬頓試劑中起主要氧化作用的是0H?自由基。Fenton系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述在二沉池出水井用Fenton供料泵送至Fenton氧化塔，將廢水中難 以降解的污染物氧化降解，F(xiàn)enton氧化塔出水自流至中和池，在中和池 投加液堿，將廢水中和至中性；中和池廢水自流至脫氣池中，通過(guò)鼓風(fēng) 攪拌，將廢水中的少量氣

5、泡脫除；脫氣池出水自流至混凝反應(yīng)池中，在 該池中投加絮凝劑PAM并進(jìn)行充分反應(yīng)，使廢水中鐵泥絮凝；混凝反應(yīng) 后的廢水自流至終沉池，將其中的鐵泥沉淀，上清液達(dá)標(biāo)排放。終沉池 鐵泥由污泥泵送至原污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。2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(huì)加快反應(yīng)速度，芬頓反應(yīng)也不例外，溫度升高會(huì)加快-0H的生成速 度，有助于-0H與有機(jī)物反應(yīng)，提高氧化效果和COD的去除率；但是， 對(duì)于芬頓試劑這樣復(fù)雜的反應(yīng)體系，溫度升高，不僅加速正反應(yīng)的進(jìn) 行，也加速副反應(yīng)，溫度升高也會(huì)加速H2的分解，分解為G和40,不 利于-0H的生成。不同種類工業(yè)廢水的芬頓反應(yīng)最佳溫度

6、，也存在一定 差異。處理聚丙烯酰胺水溶液處理時(shí)，最佳溫度控制在3050。研 究洗膠廢水處理時(shí)發(fā)現(xiàn)最佳溫度為85C。處理三氯（苯）酚時(shí)，當(dāng)溫度 低于60時(shí)，溫度有助于反應(yīng)的進(jìn)行，反之當(dāng)高于60c時(shí)，不利于反 應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，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Fe不能催化氧化HG產(chǎn)生-0H,而且會(huì)產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀而失去 催化能力。當(dāng)溶液中的H+濃度過(guò)高，F(xiàn)e”不能順利的被還原為Fe,催化 反應(yīng)受阻。多項(xiàng)研究結(jié)果表明芬頓試劑在酸性條件下，特別是pH在35 時(shí)氧化能力很強(qiáng)，此時(shí)的有機(jī)物降解速率最快，能夠在短短兒分鐘內(nèi)降 解。此時(shí)有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)正比于Fj和過(guò)氧化氫的初始濃度。因

7、 此，在工程上采用芬頓工藝時(shí)，建議將廢水調(diào)節(jié)到二24,理論上在為時(shí) 為最佳。有機(jī)底物針對(duì)不同種類的廢水，芬頓試劑的投加量、氧化效果是不同的。這 是因?yàn)椴煌愋偷膹U水，有機(jī)物的種類是不同的。對(duì)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C-C 鍵的斷鏈；對(duì)于大分子的糖類，羥基自由基使糖分子鏈中的糖昔鍵發(fā)生 斷裂，降解生成小分子物質(zhì)；對(duì)于水溶性的高分子及乙烯化合物，羥基 自由基使得C二C鍵斷裂；并且羥基自由基可以使得芳香族化合物的開 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(duì)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(shí)驗(yàn)表明當(dāng)介質(zhì)pH值35,聚糖、HQ及催化劑的摩爾比在 240:1224 :r2時(shí)，芬頓反應(yīng)可以使殼聚糖分子鏈中的糖昔鍵發(fā)生斷裂， 從而生成小分子的產(chǎn)物。過(guò)氧化氫與催化劑投加量芬頓工藝在處理廢水時(shí)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(huì)有所提高，但是當(dāng)此0,投加量增加到一定程 度后，COD的去除率會(huì)慢慢下降。因?yàn)樵诜翌D反應(yīng)中HQ投加量增 加，0H的產(chǎn)量會(huì)增加，則COD的去除率會(huì)升高，但是當(dāng)壓0二的濃度過(guò) 高時(shí)，雙氧水會(huì)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