Fenton法在废水处理中的应用 3页

Fenton法在废水处理屮的应用摘要：Fenton技术作为一种高级化学氧化法，可用于废水的深度处理，去除废水中的难生物降解的有机物，进一步降低废水的COD和色度等污染物。本文阐述了Fenton技术的氧化机理、影响因素及其在废水处理中的发展和研究现状，并介绍了Fenton试剂的影响因素、在工业废水处理中的产业化应用及Fenton技术的展望。关键词：Fenton技术；废水处理随着我国各类废水排放新标准的不断出台，许多行业的工业废水如制浆造纸、发酵、酒精、淀粉、制药、化工等行业生产废水，具有排放量大、污染物含量高、组分复杂、色度深、难主化降解等特点，经传统生化处理后，水中仍残留相当部分难牛物降解有机物，且无法经气浮/混凝等传统物化方法有效去除，水质无法满足口趋严格的新的排放标准及“减排”的要求。企业为了其长足的发展，必须采用新的废水高级处理技术及设备。因此，高效、经济的废水高级处理技术及设备的研制与产业化势在必行，迫在眉睫。Fenton技术作为一种高级氧化技术(AOPs)，其实质是H2O2在F/的催化作用下生成具有高反应活性的耗基口由基(・0II),・011可与大多数有机物作用使其降解。Fenton技术与其他高级氧化技术相比，因其设备简单、操作简便、反应快速、高效、可产生絮凝澄清等优点而受到重视；尤其在处理难生物降解废水方面，Fenton技术的应用范围不断扩展，取得较好的效果，前景乐观。1.Fenton技术氧化机理Fenton试剂Z所以具有非常高的氧化能力，是因为在Fc2+离子的催化作用下H202的分解活化能低(34.9kj/mol),能够分解产生疑基自基0H%同其它一些氧化剂相比,疑基自由基具有更高的氧化电极电位，因而具有很强的氧化性能2.Fenton技术用于废水处理的发展沿革1964年Eisenhouser首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂在环境污染物处理中应用的先例⑵。该法既可以作为废水处理的预处理，可以作为废水处理的最终深度处理。因此，Fenton试剂法受到了环境工作者的广泛关注，在国内外废水处理中有着广阔的应用前景，tl益受到国内外的关注和研究。Fenton试剂的氧化性没有选择性，能进行各种废水的处理。天津大学张平凡等用Fenton试剂处理含酚废水，对氨基酚的去除率为96%-98%,处理后废水色度明显降低，改善可含酚废水的生物降解性能⑶。南开大学孙红文等研究Fenton法与光Fenton法降解农药废水，结果发现lOmin内使农药的降解率达到85%,T0C去除率达到80%以上川。俄罗斯科学用Fenton技术处理含有氧化物和硫氧化物的废水，氧化率分别达99.8%和84.0%⑸。张晖进行了Fenton试剂在垃圾渗滤液中的中型试验，当加入适当试剂，COD的去除率可达67.5%,提高了垃圾渗滤液的可生化性。P.K.Malik等研究Fenton技术降解直接染料，在优化条件下，30min内97%染料被降解，60min后COD可去除70%⑸。Fenton技术在处理各种废水的研允表明：一是反应启动n快，反应在酸性条件下，常温常压；二是不需要设计复杂的反应系统，设备简单。另外，Fenton反应条件差别不大，方便了其工业化应用。1.Fenton技术用于废水处理的的研究现状自从Fenton试剂发现后，关于Fenton反应的应用研究便随之兴起。国内外很多学者已对Fenton处理废水技术做了大量的基础研究工作,包括Fenton试剂处理废水的反应机理、处理不同废水的工艺条件、类Fenton试剂的研究及协同厌氧、好氧、混凝等技术处理不同性质的废水。近年来，Fenton试剂反应机理方面，很多学者对Fenton试剂产生强氧化能力和Fenton试剂在有机物中的反应进行了进一步研究，并建立了不同的动力学模型，从而为Fenton技术的工业化应用提供坚实的理论依据。Fenton试剂法具有操作过程简单、反应速度快、设备简便、费用便宜、对环境友好等优点。但是它在实际运行中也暴露出以下缺点：①H2O2和比決的利用率不高；②废水处理运行成本高。为了改善这些缺点，人们研究并应用了Fenton试剂与其他技术联合处理废水的方法，目前的主耍研究方向有：电-Fenton法、光-Fenton法、超声波-Fenton法、吸附-Fenton法、微波-Fenton法、混凝-Fenton法等。这儿种新的类Fenton技术中，Photo-Fenton非均相体系方面的研究也吸引了不少学者。2.Fenton试剂的影响因素Eenton试剂处理难降解有机废水的影响因素根据上述Fenton试剂反应的机理可知,0H•是氧化有机物的有效因子，而［Fe2+］、［H202］、［OH］决定了OH•的产量，因而决定了与有机物反应的程度。影响Fenton试剂处理难降解难氧化有机废水的因素包括pH值、II202投加量、催化剂投加量和反应温度［3］等。4.1pH值Fenton试剂是在pH是酸性条件下发生作用的，在中性和碱性环境中，Fe2+不能催化H202产生0H%按照经典的Fenton试剂反应理论,pH值升高不仅抑制了0H・的产生，而且使溶液中的Fc2+以氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力。当pH值过低时，溶液中的H+浓度过高，Fe3+不能顺利地被还原为Fe2+,催化反应受阻。即pH值的变化直接影响到Fe2+、Fe3+的络合平衡体系，从而影响Fenton试剂的氧化能力。一般废水pH在3左右，降解率较咼04.2H202投加量采用Fenton试剂处理废水的有效性和经济性主要取决于H202的投加量。一般地，随着H202用量的增加，有机物降解率先增大，而后出现下降。4.3催化剂投加量FeS04・7H20是催化H202分解生成疑基自Ftl基(0H•)最常用的催化剂。与H202相同，一般情况下，随着Fe2+用量的增加，废水COD的去除率先增大，而后呈下降趙势。其原因是:n在Fe2+浓度较低时，Fe2+的浓度增加，单位暈H202产生的0H•增加，所产生的0H•全部参与了与有机物的反应；当Fe2+的浓度过高时，部分H202发生无效分解，释放出02。4.4反应温度对于一般的化学反应，随着反应温度的升高，反应物分子平均动能增大，反应速率加快。对于Fenton反应系统，温度升高，0H•的活性增大，有利于0H•与废水中有机物的反应，可提高废水C0D的去除率；当温度过高时，会促使H202分解为02和H20,不利于0H•的生成，反而会降低废水COD的去除率。5.Fenton技术在工业废水处理中的产业化应用。芬顿法在处理难降解有机废水时，具有一般化学氧化法无法比拟的优点，至今己成功运用于多种工业废水的处理。Fenton在废水处理中的应用可分为两个方面：一是作为独立单元氧化降解废水屮的有机物；二是与其他方法联用，如与混凝沉降法、活性炭、生物法等联用，以取得良好的效果。在国外，西班牙的科学家改进了Fenton工艺，己应用于实际生产，该装置处理能力为100t/h,COD的去除率达到90%以上，获得良好的效果。此工艺在Fenton试剂中添加了一种助剂，减少H2O2的分解,使H2O2能以较稳定的形式存在,提高Fenton试剂的利用率。此工艺条件是pH在3-5Z间，温度在100-125°C之间，在压力为150-200kPa的密闭搅拌装置里进行。广西博世科环保科技有限公司研发了具有独立知识产权的上流式芬顿氧化塔，该设备在一定的水力条件下，可形成载体流化床，同时催化剂在载体上覆膜，不仅而且可大幅度提高氧化反应的效率，降低芬顿试剂的用量。该技术已成功的应用于南宁糖业蒲庙造纸厂的制浆中段废水、广西湘桂酵母有限公司的酵母废水、河南安阳九州制药厂抗生素类药物生产废水以及部分垃圾渗滤液等复杂难降解废水的深度处理上，获得良好效果。东莞市水星科技环保有限公司代理台湾的笫四代芬顿流化床已成功得在广东鼎丰纸业有限公司、海南金海浆纸有限公司、重庆理文造纸有限公司等企业得到工程应用，用于生化后出水的深度处理。综上所述，Fenton技术已在不同的行业应用于难生化降解废水的深度处理。6.Fenton技术的展望到目前为止，Fenton技术作为废水的深度处理的主要方法之一，具有反应迅速、氧化彻底，可灵活的处理不同类型废水等优点，它的应。该技术既可在废水处理的中段提高废水的可生化性，又可以在处理系统的末端进行深度处理，使外排废水的水质达到苛刻的排放要求。Fenton技术的下一步发展方向应该是如何进一步降低运行成本，着眼于开发高效的Fenton反应装置来提高反应效率，降低处理过程化学试剂的用量，研究改性Fenton法，进一步提高Fenton处理效杲，为新的环保排放标准提供有效的实施途径。