芬頓(dùn)反應

 

芬頓(dùn)反應(yīng)是一種無機化(huà)學反應，過(guò)程是(shì)過氧化氫(h2o2) 與二(èr)價鐵(tiě)離子fe的混合溶(róng)液将很多(duō)已知(zhī)的有(yǒu)機化(huà)合物(wù)如羧(suō)酸、醇(chún)、酯類氧化爲(wèi)無機态。反應具有去除難(nán)降(jiàng)解有(yǒu)機污染(rǎn)物的高(gāo)能力，在(zài)印(yìn)染廢水、含油(yóu)廢水、含(hán)酚廢水、焦(jiāo)化廢(fèi)水、含硝基苯廢(fèi)水、二苯胺(àn)廢水等廢(fèi)水處理中(zhōng)有很廣泛(fàn)的應(yīng)用。

企業廢水處(chù)理工藝

水(shuǐ)處理工藝最少要3個(gè)環節(jiē)，如厭(yàn)氧－好氧(yǎng)－絮(xù)凝。多年以(yǐ)爲我(wǒ)國的污(wū)水處理(lǐ)采用傳統工藝(yì)進行污水(shuǐ)處理(lǐ)，随着近年(nián)來國(guó)家逐漸(jiàn)提高污(wū)水排放标(biāo)準，例(lì)如：本(běn)來印染廠(chǎng)就設計(jì)cod100mg/l以内的(de)，現在(zài)cod要(yào)提高到(dào)80mg/l，到2016年1月(yuè)1日，還要(yào)求提到(dào)60mg/l。這表明我國對(duì)廢(fèi)水的排放(fàng)标(biāo)準越來(lái)越嚴格，處理力(lì)度越來越大。
    傳統工藝(yì)隻要藥(yào)劑質(zhì)量不好就(jiù)難以穩定達标(biāo)。在這個(gè)時候，許(xǔ)多企業(yè)就(jiù)會采用深(shēn)度處理工(gōng)藝進行廢水處理以适應新的(de)廢水(shuǐ)排放(fàng)标(biāo)準，比如臭氧處理(lǐ)，芬頓處(chù)理(硫酸(suān)亞鐵(tiě)+雙氧水），膜(mó)處(chù)理(lǐ)，電吸咐等(děng)等。目(mù)前應用最爲廣泛，市(shì)場最(zuì)爲認(rèn)可的便是(shì)芬頓法(硫酸亞(yà)鐵+雙氧水）處理(lǐ)廢水。

 

芬頓(dùn)處理(lǐ)缺點(diǎn)與問題

采(cǎi)用芬(fēn)頓深度處(chù)理(lǐ)工藝(yì)的特點(diǎn)是需(xū)要有條件(jiàn)，要求前面(miàn)處理(lǐ)效果(guǒ)比(bǐ)較(jiào)好，污(wū)染物(wù)溶度(dù)比較(jiào)低等(děng)。芬(fēn)頓法處(chù)理的主要(yào)藥劑是硫酸亞(yà)鐵，雙(shuāng)氧水，酸，堿（方法(fǎ)是反(fǎn)應後回調(diào)ph值）。

一、影響(xiǎng)芬頓反應(yīng)的因(yīn)素

1、溫度因素

在(zài)芬頓反應(yīng)中，溫度是影響(xiǎng)其效(xiào)果的重要因素(sù)，溫度(dù)不(bú)斷升高(gāo)，芬頓反應(yīng)的速(sù)度會逐漸加快(kuài)，随着溫度的提高， •oh的生成(chéng)速度(dù)會(huì)提高，能夠促進 •oh與(yǔ)有機(jī)物(wù)發(fā)生反應，使氧化(huà)效果(guǒ)得到提(tí)升(shēng)，提高(gāo) codcr的去除率(lǜ)。溫度(dù)的(de)升(shēng)高也(yě)會使 h₂ o₂ 的分(fèn)解速度加(jiā)快，分(fèn)解成(chéng) o₂ 與 h₂ o，這對于 •oh的生(shēng)成是不利(lì)的 [1]。不同類(lèi)型的(de)工業廢水(shuǐ)中，芬頓(dùn)反應的(de)最合(hé)适溫(wēn)度也(yě)是不同的(de)。

2、 ph值

通(tōng)常情況下(xià)，在酸(suān)性環境下(xià)，芬頓試劑才會(huì)發生反(fǎn)應， ph的提(tí)高(gāo)會(huì)使 •oh得出現(xiàn)受到(dào)限制，并且會出(chū)現氫氧化(huà)鐵沉(chén)澱，催化能力喪(sàng)失。如果(guǒ)溶(róng)液中有濃(nóng)度較高的 h⁺ ， fe³⁺ 不能被還原爲(wèi) fe²⁺ ，催化反應就會(huì)受到(dào)阻礙 [2]。有研(yán)究結果表(biǎo)明在酸性環境(jìng)下，尤(yóu)其是(shì) ph在 3-5之間時(shí)，芬頓試劑(jì)有很(hěn)強的(de)氧化能力(lì)，這時有機物的(de)降解速(sù)度比較(jiào)快，能夠在幾分(fèn)鍾内降解。同時(shí)有機物的反應(yīng)速率與 fe2+以(yǐ)及(jí)過氧(yǎng)化(huà)氫的初始(shǐ)濃度成正(zhèng)比例關(guān)系(xì)。在工(gōng)業處理(lǐ)中使用芬頓工藝(yì)，需要(yào)将廢(fèi)水的 ph調到 3.5左右爲最佳(jiā)。

3、有(yǒu)機物

對(duì)于不(bú)同(tóng)類型(xíng)的工業廢水，芬(fēn)頓試劑的(de)使用(yòng)量以及氧化效果是(shì)存在(zài)差異(yì)的，主要是由于(yú)不同類(lèi)型的工業廢(fèi)水中，存在(zài)着不同類(lèi)型的有機物(wù)。對于糖(táng)類等碳水化合物，由于(yú)受到羟(qiǎng)基自(zì)由基的作(zuò)用，分子會出現(xiàn)脫氫反(fǎn)應， c-c鍵(jiàn)斷(duàn)鏈；對于具(jù)有水(shuǐ)溶(róng)性的(de)高(gāo)分子和乙烯化合物，羟基(jī)自由基會(huì)使 c=c鍵(jiàn)斷裂。羟基(jī)自由(yóu)基能夠使芳香族化合物(wù)出現(xiàn)開環(huán)進(jìn)而形成(chéng)脂肪(fáng)類的化合物，使(shǐ)這種(zhǒng)類型(xíng)廢水(shuǐ)中(zhōng)的(de)生物(wù)毒性降低(dī)，使其可生化性得到改善(shàn)。 4、 h₂ o₂ 與催化劑投入(rù)數量(liàng)利用芬頓(dùn)工藝(yì)對(duì)工(gōng)業廢(fèi)水進(jìn)行處(chù)理時(shí)，需要(yào)明(míng)确(què)藥劑(jì)投入(rù)的(de)數量及(jí)其經濟性(xìng)，如果(guǒ)其中(zhōng)投入的 h₂ o₂ 量(liàng)比較大，就會提高廢水中(zhōng) cod_cr 的去除率(lǜ)。但是到達一(yī)定(dìng)數量後(hòu)， cod_cr 的(de)去除率(lǜ)會呈現出逐(zhú)漸下(xià)降的趨(qū)勢(shì)。催(cuī)化劑的(de)投入數量(liàng)與 h₂ o₂ 的投(tóu)入(rù)量存在着相同(tóng)的情況， fe²⁺ 的數量(liàng)增加， cod_cr 的去(qù)除率會提高，達(dá)到一定(dìng)程度後， cod_cr 的(de)去除率(lǜ)就會(huì)下(xià)降 [3]。在實際的(de)工作(zuò)中需(xū)要通(tōng)過實驗明确 h₂ o₂ 與(yǔ)催化劑的(de)投入數量(liàng)。

二、芬頓工藝在工業廢水處(chù)理(lǐ)中的(de)應用(yòng)

1、印染(rǎn)廢水(shuǐ)中色度比較高(gāo)，化學需氧(yǎng)量(liàng)的(de)濃度比較(jiào)高，含(hán)鹽量(liàng)也比(bǐ)較高(gāo)，可生化性(xìng)不強(qiáng)。芬頓試劑(jì)具有(yǒu)較高(gāo)的氧化性(xìng)，能夠使一(yī)些難以通過(guò)生物降(jiàng)解的有機物轉(zhuǎn)換成可生化性(xìng)比較好的物質，對染(rǎn)料中(zhōng)發色(sè)的基團進(jìn)行破(pò)壞，使色度降低(dī)，因而被廣泛的(de)應用(yòng)到印(yìn)染廢(fèi)水處理中(zhōng)。利用(yòng)芬頓(dùn)衍生的工(gōng)藝手(shǒu)段(duàn)，例(lì)如利用微電(diàn)解(jiě) -fenton氧化工藝對蒽(ēn)醌染整廢(fèi)水進行處理(lǐ)，這種廢(fèi)水難以降解，化(huà)學需氧量的去(qù)除率(lǜ)在 93.5%左(zuǒ)右， bod₅ 的去除(chú)率爲(wèi) 93%左右，出水色度(dù)能夠(gòu)除(chú)掉(diào) 95.5%左右(yòu)。在 ph爲 2-4之間時，過(guò)氧化(huà)氫的投入量爲 30g/l，催化劑的(de)投入(rù)量是過氧(yǎng)化氫的(de) 1/150時(shí)，使用芬(fēn)頓(dùn)工藝對中(zhōng)間體(tǐ) h酸生産(chǎn)的廢水進行處理，能夠(gòu)達到 50%的化(huà)學需氧量(liàng)去除(chú)率。

2、芬頓工藝在焦化廢水中的(de)應用

焦化(huà)廢水中有難以(yǐ)生化降(jiàng)解的多稠環(huán)芳烴和含(hán)氮雜環化合物(wù)，廢水中含(hán)有很多生(shēng)物毒(dú)性，抑(yì)制性的物(wù)質也(yě)比較多，即使進(jìn)行生化(huà)處(chù)理，廢(fèi)水也很難達到(dào)标準。厭氧好氧工藝法無法使焦化(huà)廢水(shuǐ)達到(dào)合理的排放标(biāo)準，雖然使(shǐ)用活(huó)性炭(tàn)工藝(yì)進行處理能(néng)夠(gòu)達到一定(dìng)的效果，但(dàn)是這(zhè)種工藝方法的(de)成(chéng)本消耗(hào)比較高，并(bìng)且會(huì)出現(xiàn)二(èr)次污染(rǎn)。芬頓工藝(yì)在難(nán)降解有機物廢(fèi)水處理中有着廣闊(kuò)的發展前景，并且能夠實(shí)現良好的效果(guǒ)。

3、芬(fēn)頓工藝(yì)在垃(lā)圾(jī)滲濾液(yè)中的應用(yòng)

垃圾滲(shèn)濾液中(zhōng)含有很高濃度的有機物，其中(zhōng)的大部分(fèn)是難以通過(guò)生物降(jiàng)解的有機物，還有很(hěn)多有(yǒu)毒有(yǒu)害(hài)的物質，氨氮的濃(nóng)度比較(jiào)高(gāo)，微生物營養元素的(de)比例嚴重(zhòng)失調(diào)，使用(yòng)一般(bān)的生化處理工(gōng)藝，過程比(bǐ)較複(fú)雜，效(xiào)果一(yī)般。而使用芬頓(dùn)工藝(yì)對生化(huà)處理後(hòu)的垃圾滲(shèn)濾液(yè)進行處理，出水(shuǐ)水質能夠達到(dào)二級污水排放(fàng)标準(zhǔn)，能夠提高(gāo)垃圾(jī)滲(shèn)濾液的(de)可生化(huà)性，能夠(gòu)爲接(jiē)下來的生(shēng)化處理(lǐ)提供重要的(de)保障。

4、芬頓工藝在含(hán)酚物(wù)質(zhì)廢水中(zhōng)的應用(yòng)

酚(fēn)類物質(zhì)的毒性比較(jiào)高，對(duì)人體(tǐ)有緻癌的作用(yòng)，是比較難(nán)降(jiàng)解的工業廢水。芬(fēn)頓工藝(yì)可以處理苯(běn)酚(fēn)、甲(jiǎ)酚等(děng)多種酚(fēn)類(lèi)，并且(qiě)有很好(hǎo)的效果(guǒ)。如果室溫合理(lǐ)，ph在3-6之(zhī)間，并且有(yǒu)氧化鐵催(cuī)化劑(jì)，過氧化氫能夠(gòu)對酚結構快速(sù)的破壞，在(zài)氧化(huà)的過程中能夠(gòu)先将苯環分裂(liè)爲二元酸，然後(hòu)生成(chéng)二氧化碳(tàn)和水。芬頓(dùn)工藝在含(hán)酚廢水中(zhōng)的應(yīng)用比較多(duō)，能(néng)夠(gòu)使(shǐ)廢水中(zhōng)的生物毒(dú)害性(xìng)減小，使廢水中(zhōng)的生物(wù)降解性(xìng)能得(dé)到改善。

5、結束語(yǔ)

芬頓(dùn)反應能夠很好地降解有(yǒu)毒有機污染物，并且有(yǒu)着比較(jiào)廣泛的應用氛(fēn)圍，在實驗室以(yǐ)及實(shí)際應(yīng)用中(zhōng)都取得了(le)良好(hǎo)的效(xiào)果(guǒ)。當前工(gōng)業(yè)廢水處理中(zhōng)都提(tí)倡(chàng)循環經(jīng)濟的發(fā)展模式(shì)，使用單(dān)一的污(wū)水處理廠(chǎng)對有毒的(de)廢水(shuǐ)進行(háng)處理，不能(néng)得到(dào)理想(xiǎng)的效果，而(ér)芬頓工(gōng)藝是一(yī)種十(shí)分(fèn)有效地(dì)廢水處理手段(duàn)，能夠對廢水進(jìn)行可生化性以(yǐ)及深度(dù)處理，加(jiā)之其他技(jì)術實(shí)現中水回用，達(dá)到循環利用的(de)目的(de)。

芬頓(dùn)試劑法(fǎ)是(shì)針對一些(xiē)特别難降(jiàng)解的機有(yǒu)污染(rǎn)物如高(gāo)cod，利用硫(liú)酸亞(yà)鐵和(hé)雙氧水的(de)強(qiáng)氧化還(hái)原性(xìng)，生成反應(yīng)強(qiáng)氧化性的羟(qiǎng)基自由基，與難(nán)降解的(de)有機物(wù)生成自由基，最(zuì)後有(yǒu)效的氧化(huà)分解（芬頓（fenton）試劑(jì)反應(yīng)機(jī)理(lǐ)）。芬頓(dùn)試劑(jì)的處(chù)理效(xiào)果受到廢水污(wū)染物濃度，反應(yīng)的(de)ph值(zhí)，硫酸亞鐵(tiě)與雙氧水的比(bǐ)例，雙氧水(shuǐ)的投(tóu)加濃度的影響(xiǎng)。

芬頓試劑(jì)的(de)主要(yào)藥(yào)劑是(shì)硫酸(suān)亞鐵(tiě)與雙(shuāng)氧水與堿(jiǎn)。硫酸(suān)亞鐵(tiě)與雙氧水(shuǐ)的投(tóu)加順序會影響(xiǎng)到(dào)廢水的(de)處理效果。先通(tōng)過正交實(shí)驗将(jiāng)硫酸(suān)亞鐵與雙氧水(shuǐ)的投加比(bǐ)例得出（一旦控(kòng)制不好(hǎo)便容易(yì)返色）。再(zài)按(àn)照先(xiān)調ph值(zhí)，投加硫酸(suān)亞鐵，再投加雙氧(yǎng)水，再進行ph值(zhí)調節的順序進(jìn)行投加。在硫酸(suān)亞鐵投加(jiā)後反應15分鍾左右，再(zài)進行雙氧水的(de)投加(jiā)，反應(yīng)20~40分鍾後再加入(rù)堿回(huí)調ph值，處(chù)理效果(guǒ)更佳。

由于芬頓(dùn)氧化過程(chéng)中(zhōng)硫(liú)酸亞(yà)鐵的(de)大量(liàng)投加，使(shǐ)得硫酸(suān)亞鐵(tiě)中鐵離子(zǐ)的大量沉澱，産(chǎn)了大(dà)量的鐵泥(ní)。甚至會(huì)造成大(dà)量的(de)污泥懸浮(fú)物在廢水中難(nán)以沉(chén)降。出現這(zhè)種情況(kuàng)的原因大多數是因爲(wèi)硫酸亞鐵與雙氧水(shuǐ)的投(tóu)加比(bǐ)例沒(méi)有控制好(hǎo)，或雙氧(yǎng)水投加(jiā)過量、反應(yīng)不徹(chè)底導緻。出現這(zhè)種情(qíng)況後可以通過投加絮凝(níng)劑（聚(jù)丙烯酰胺）進行強(qiáng)化(huà)絮凝(níng)沉澱。或者(zhě)通過(guò)投加石灰(huī)粉進(jìn)行 ph 值調節及(jí)助(zhù)凝對懸浮(fú)物進(jìn)行凝(níng)聚(jù)沉(chén)澱。

一般在污(wū)水處理(lǐ)工程上，采(cǎi)用(yòng)芬(fēn)頓都(dōu)有(yǒu)特(tè)殊的(de)反應條件和足(zú)夠的(de)反應(yīng)時間(jiān)，如果(guǒ)确定芬頓(dùn)反應(yīng)進行徹(chè)底(dǐ)，可在水中投加(jiā)非離(lí)子(zǐ)型(xíng)的聚(jù)丙烯(xī)酰胺(àn)，它可(kě)以幫助污泥加(jiā)速沉(chén)降。利用硫酸亞鐵(tiě)芬頓對一些高色度與高 cod 廢水(shuǐ)的去除(chú)率都可以達到(dào) 90%-95% 。