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关于芬顿法你了解多少?

浏览量:   来源:http://szsc-c.com  作者:山东华膜

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1.传统芬顿法

芬顿法(Fenton),从广义上说是利用催化剂或光辐射、或电化学作用,通过H2O2产生羟基自由基(OH)处理有机物的技术。

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OH自由基,具有较强的氧化能力,其氧化电位仅次于氟,高达2。80eV。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+


pH37,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。

 

   利用Fe()盐溶液,可溶性铁,铁的氧化矿物(如赤铁矿,针铁矿等),石墨,铁锰的氧化矿物同样可使H2O2催化分解产生•OH,达到降解有机物目的,以这类催化剂组成的芬顿体系,成为类芬顿体系,如用Fe3+代替Fe2+,由于Fe2+是即时产生的,减少了•OHFe2+还原的机会,可提高•OH的利用效率。若在芬顿体系中加入某些络合剂(C2O42-EDTA),可增加对有机物的去除率。

 

2.Photo-Fenton

 

2.1UV-芬顿法:把光引进芬顿试剂可以克服普通芬顿试剂的缺点,也称为光助芬顿法,UV/芬顿法,但并不是普通芬顿与UV/H2O2简单的复合:

1Fe3+Fe2+能保持良好的循环反应,提高了传统芬顿试剂的效率; 

2)紫外光和Fe2+H2O2催化分解存在协同效应,这主要是由于铁的某些羟基络合物可发生光敏化反应生成•OH所致,Fe(OH)2+Fe2++OH

3)使有机物矿化程度更充分; 

4)有机物在紫外线作用下可部分降解;但UV/芬顿法只适宜于处理中低浓度的有机废水,反应装置复杂,处理费用高。

 

2.2UV-vis/H2O2/草酸铁络合物法:草酸盐和柠檬酸盐引入Photo-芬顿反应体系,水中Fe()的草酸盐和柠檬酸盐具有很高的光化学活性,可有效提高Photo-芬顿反应体系对紫外线利用效果和有机物的降解效率。一般说来,pH值在34.9,草酸铁络合物效果好;pH值在4。08.0时,Fe()柠檬酸盐络合物的效果好。但因前者具有含Fe3+的其他络合物所不具备的光谱特性,所以UV-vis草酸铁络合物H2O2法更具发展前景。

 

UV-vis草酸铁络合物H2O2法与UV/芬顿法相比优越性主要表现在: 

1)具有极高的利用紫外线和可见光的能力,可处理高浓度有机废水;

2)羟自由基•OH的产生速率高,节约H2O2用量。但依然存在对可见光的利用能力不是很强,草酸铁络合Fe(C2O4)33-可生成CO2,CO2转化成对•OH有清除作用的CO32-HCO3-等弱点。

 

 

3.-芬顿

 

该法综合了电化学过程和芬顿氧化过程,充分利用了二者的氧化能力。电芬顿技术相对与传统芬顿具有如下优点:

 

1)自动产生H2O2的机制较完善;

 

2)喷洒在阴极上的氧气或空气可提高反应溶液的混和作用;

 

3Fe2+可由阴极再生,污泥常量少;

 

4)有机物降解因素多,羟基自由基•OH的间接氧化,阳极的直接氧化,电混凝和电絮凝。

 


4.芬顿法和其它方法联合

芬顿试剂对难生物降解废水、有毒废水、和生物抑制性废水有着稳定、有效的去除功能,如单独使用则处理费用往往会很高,如果将芬顿氧化或光芬顿氧化技术作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法,再与其他处理方法(如生物法、混凝法等)联用,则可以降低废水处理成本,提高处理效率。

 

4.1芬顿试剂+生物法:目前芬顿试剂最常用的是与生物处理方法联用,芬顿试剂和生化法联合处理主要适用于以下四种类型的废水

1)难生物降解废水;

(2)含有少量难生物降解有机物可生化废水;

3)抑制性废水;

4)污染物的生物降解中间产物具有抑制性废水。

 

4.2芬顿+超声波

超声化学的主要作用原理是超声作用下液体的声空化即液体中的气泡在超声作用下在极短的时间内崩溃,在空化泡崩溃的瞬间,会在其周围极小空间范围内产生出高温和高压,高温度变化率,并伴有强烈的冲击波和时速高达400kmh的射流,这些极端环境足以将泡内气体和液体交界面的介质加热分解为强氧化性的物质如•O,OH,HO2等,从而促进有机物的“水相燃烧”反应。超声波处理和芬顿试剂强化双低频超声波氧化技术都具有明显的协同效应。

 

4.3芬顿试剂+混凝法

低剂量芬顿氧化-混凝法特别适合处理成分复杂的染料废水,废水处理后CODcr和色度去除率分别可以达84%和95%,且成本低,操作简便,但不能有效去除CODcr采用芬顿试剂进行预氧化处理,可以大大提高后续混凝处理的处理效果,该两段工艺对含活性染料废水具有很好的脱色和CODcr去除效果。

 

4.4芬顿试剂+活性炭

活性炭作为优良的吸附剂广泛用于水处理。在废水处理中,活性炭吸附一般只适用浓度较低的废水和深度废水处理对水中存在的小分子有机物有较好的吸附效果。但对于一些废水中存在大分子,但CODcr不是很高却不能适用。芬顿试剂+活性炭法却很有效的去除水中有机物:芬顿试剂摧毁大分子有机物变成小分子有机物,然后活性炭吸附。

 

   总的来看,是由普通芬顿法朝光化学,电化学,和其它方法联用三个个方向发展的。光芬顿法的主要优点是有机物矿化程度好,其发展方向应是加强对聚光式反应器的研制,以便提高光量子的利用效率,用太阳光替代紫外光,降低成本。电芬顿法的主要优点是自动产生H2O2的机制较完善,但目前还处于试验开发阶段,其发展方向应该是:设计合理的电解池结构,加强对三维电极的研究,提高电流效率、降低能耗;加强对EF-芬顿法中阴极材料的研制。与其他高级氧化工艺一样,芬顿法的发展方向应该是提高有机物的矿化程度和降低运行的成本。另外,研究其与其他处理过程的组合工艺也是近年来研究者关注的目前芬顿与其它方法联用的实验仅局限于经芬顿试剂预处理后废水的可生化性提高,而实验废水主要是自配的含已知的一类污染物,很少考虑不同物质之间的相互影响,因此有必要把实验转向对实际废水进行系统的研究,并对系统进行模拟,为实际的应用提供可信数据。随着研究的深入,芬顿试剂氧化法会成为更有效的废水处理技术。


(文章来源:网络)

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