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Fenton氧化法--一种高效经济的高级氧化技术

发布时间:2018-04-21 10:54  文章来源:www.gaojiyanghua.com  文章作者:高级氧化技术工程

  Fenton氧化法是一种高效且经济的废水高级氧化技术,过氧化氢和亚铁离子反应产生强氧化性的羟基自由基(˙OH),氧化降解废水中污染物。Fenton氧化法具有氧化能力强、设备简单、易于操作、操作成本低等优点,广泛应用于造纸、印染、制药等行业工业废水处理。


Fenton氧化法
 

  1、Fenton氧化法

  Fenton(中文译为芬顿)是为数不多的以人名命名的无机化学反应之一。1893年,化学家FentonHJ发现,过氧化氢(H2O2)与二价铁离子Fe的混合溶液具有强氧化性,可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态,氧化效果十分显著。但此后半个多世纪中,这种氧化性试剂却因为氧化性极强没有被太多重视。但进入20世纪70年代,芬顿试剂在环境化学中找到了它的位置,具有去除难降解有机污染物的高能力的芬顿试剂,在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现了很广泛的应用。当芬顿发现芬顿试剂时,尚不清楚过氧化氢与二价铁离子反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。二十多年后,有人假设可能反应中产生了羟基自由基,否则,氧化性不会有如此强。因此,以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应:

  Fe+H2O2→Fe+OH+˙OH①

  从上式可以看出,1mol的H2O2与1mol的Fe反应后生成1mol的Fe,同时伴随生成1mol的OH外加1mol的羟基自由基。正是羟基自由基的存在,使得芬顿试剂具有强的氧化能力。据计算在pH=4的溶液中,OH˙自由基的氧化电势高达2.73V。在自然界中,氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此,持久性有机物,特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物,在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1975年,美国著名环境化学家WallingC系统研究了芬顿试剂中各类自由基的种类及Fe在Fenton试剂中扮演的角色,得出如下化学反应方程:

  H2O2+Fe→Fe+O2+2H②

  O2+Fe→Fe+O2˙③

  可以看出,芬顿试剂中除了产生1摩尔的OH˙自由基外,还伴随着生成1摩尔的过氧自由基O2˙,但是过氧自由基的氧化电势只有1.3V左右,所以,在芬顿试剂中起主要氧化作用的是OH˙自由基。

  芬顿试剂法是针对一些特别难降解的机有污染物如高COD,利用硫酸亚铁和双氧水的强氧化还原性,生成反应强氧化性的羟基自由基,与难降解的有机物生成自由基,最后有效的氧化分解(芬顿(Fenton)试剂反应机理)。芬顿试剂的处理效果受到废水污染物浓度,反应的pH值,硫酸亚铁与双氧水的比例,双氧水的投加浓度的影响。

  2、芬顿氧化加硫酸亚铁后多久加入双氧水

  芬顿试剂的主要药剂是硫酸亚铁与双氧水与碱。硫酸亚铁与双氧水的投加顺序会影响到废水的处理效果。先通过正交实验将硫酸亚铁与双氧水的投加比例得出(一旦控制不好便容易返色)。再按照先调PH值,投加硫酸亚铁,再投加双氧水,再进芬顿试剂投加顺序与污泥沉降处理行pH值调节的顺序进行投加。在硫酸亚铁投加后反应15分钟左右,再进行双氧水的投加,反应20~40分钟后再加入碱回调pH值,处理效果更佳。

  3、芬顿氧化后污泥沉降如何处理

  由于芬顿氧化过程中硫酸亚铁的大量投加,使得硫酸亚铁中铁离子的大量沉淀,产了大量的铁泥。甚至会造成大量的污泥悬浮物在废水中难以沉降。出现这种情况的原因大多数是因硫酸亚铁与双氧水的投加比例没有控制好,或双氧水投加过量、反应不彻底导致。出现这种情况后可以通过投加絮凝剂(聚丙烯酰胺)进行强化絮凝沉淀。或者通过投加石灰粉进行PH值调节及助凝对悬浮物进行凝聚沉淀。

  一般在污水处理工程上,采用芬顿都有特殊的反应条件和足够的反应时间,如果确定芬顿反应进行彻底,可在水中投加非离子型的聚丙烯酰胺,它可以帮助污泥加速沉降。利用硫酸亚铁芬顿对一些高色度与高COD废水的去除率都可以达到90%-95%。

  芬顿(Fenton)法作为废水高级氧化技术,利用Fe2+和H2O2之间的链反应催化生成具有强氧化性的羟基自由基(˙OH),可氧化各种有毒和难降解的有机化合物,针对高浓度难生物降解废水处理,可作为生物前处理以改善水质,提升废水的可生化性,为后续的深度处理创造有利条件。

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