Fenton試劑在廢水處理中的應(yīng)用研究 非常重要

1、1894年,法國科學(xué)家H.J.H.Fenton發(fā)現(xiàn)在酸性條件下,Fe2+/H2O2體系可以有效地氧化酒石酸,后人將亞鐵鹽和過氧化氫的組合稱為Fenton試劑1。Fenton試劑具有極強(qiáng)的氧化能力,在處理難生物降解或一般化學(xué)氧化劑難以奏效的有機(jī)廢水時(shí),具有反應(yīng)迅速、溫度和壓力等反應(yīng)條件溫和且無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。近年來,該法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用越來越受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。1普通Fenton試劑法Fenton試劑的實(shí)質(zhì)是二價(jià)鐵離子(Fe2+和過氧化氫之間的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)催化生成OH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)2.80V,另外,羥基自由基具有很高的電負(fù)性或親電性,其電子親和能力達(dá)56

2、9.3kJ,具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性,因而Fenton試劑可無選擇氧化水中的大多數(shù)有機(jī)物。Fenton試劑在處理有機(jī)廢水時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生鐵水絡(luò)合物,主要反應(yīng)式如下2: Fe(H2O63+H2OFe(H2O5OH2+H3O+Fe(H2O5OH2+H2OFe(H2O4OH2+H3O+當(dāng)pH為37時(shí),上述絡(luò)合物變成:2Fe(H2O5OH2+Fe(H2O8OH24+2H2OFe(H2O8(OH24+H2OFe2(H2O7(OH3 +H3O+Fe2(H2O7(OH33+Fe(H2O5OH2+Fe3 (H2O7(OH45+5H2O普通Fenton法在黑暗中就能破壞有機(jī)物,具有設(shè)備投資省的優(yōu)點(diǎn),但其存在兩個(gè)致

3、命的缺點(diǎn):一是不能充分礦化有機(jī)物,初始物質(zhì)部分轉(zhuǎn)化為某些中間產(chǎn)物,這些中間產(chǎn)物或與Fe3+形成絡(luò)合物,或與OH的生成路線發(fā)生競(jìng)爭(zhēng),并可能對(duì)環(huán)境造成更大危害;二是H2O2的利用率不高,致使處理成本很高。2光-Fenton法2.1UV/Fenton法針對(duì)普通Fenton法的缺點(diǎn),人們把紫外線引入Fenton體系,形成了UV/Fenton法。UV/Fenton 法實(shí)際是Fe2+/H2O2與UV/H2O2兩種系統(tǒng)的結(jié)合,該系統(tǒng)具有的明顯的優(yōu)點(diǎn)是3:可降低Fe2+的用量,保持H2O2較高的利用率;紫外光和亞鐵離子對(duì)H2O2催化分解存在協(xié)同效應(yīng),即H2O2的分解速率大于Fe2+或紫外光催化H2O2分解速率

4、的簡(jiǎn)單加和;有機(jī)物在紫外線作用下可部分降解。1993年Ruper等首次將近紫外光引入Fenton,并對(duì)4一CP(一種有機(jī)磷農(nóng)藥的去除與無機(jī)化進(jìn)行考察,發(fā)現(xiàn)近紫外光的引入可以大大提高反應(yīng)速度。采用UV/Fenton技術(shù)處理廢水,如除草劑、偶氮類染料(AO7、鄰氯酚4、垃圾滲濾液5、有色溶解有機(jī)物6等,在相同氧化劑投加量的條件下,將UV輻射引入Fenton體系,處理效果明顯優(yōu)于普通Fenton試劑法。UV/Fenton法具有很強(qiáng)的氧化能力,能有效地分解有機(jī)物,且礦化程度較好,但其利用太陽能的Fenton試劑在廢水處理中的應(yīng)用研究郭晶晶陳建中摘要Fenton試劑在處理難降解有機(jī)污染物時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)

5、,是一種很有應(yīng)用前景的廢水處理技術(shù)。文章介紹了該技術(shù)的發(fā)展過程、主要類型及應(yīng)用現(xiàn)狀,并對(duì)其在廢水處理中的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)做出了評(píng)述。關(guān)鍵詞Fenton試劑光Fenton技術(shù)電Fenton技術(shù)聯(lián)合處理能力不強(qiáng),處理設(shè)備費(fèi)用也較高,能耗大。光-Fenton 法下一步的發(fā)展方向應(yīng)是加強(qiáng)對(duì)聚光式反應(yīng)器的研制,以便提高照射到體系中的紫外線總量,達(dá)到降低運(yùn)行成本的目的。2.2UV-vis/H 2O 2/草酸鐵絡(luò)合物法UV /Fenton 法只適用于處理低濃度的有機(jī)廢水,為了改善這種狀況,人們將草酸鹽引入U(xiǎn)V /Fenton 體系。UV-vis /H 2O 2草酸鐵絡(luò)合物法與光Fenton 法相比,優(yōu)越性表

6、現(xiàn)在7:具有較強(qiáng)的利用紫外光的能力;OH 的產(chǎn)率高,草酸鐵絡(luò)合物可在一定程度上循環(huán)利用。所以采用UV-vis /H 2O 2/草酸鐵絡(luò)合物法可進(jìn)一步提高有機(jī)物礦化程度,又使廢水處理成本降低。但該法仍存在自動(dòng)產(chǎn)生H 2O 2的機(jī)制不完善、對(duì)可見光利用率低且穿透力不強(qiáng)等缺點(diǎn)。2.3UV-TiO 2/Fenton 法據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道8,往UV /Fenton 法中引入光敏性半導(dǎo)體材料TiO 2,構(gòu)成UV-TiO 2/Fenton 法,這是UV /Fenton 法與UV /TiO 2法的復(fù)合,它對(duì)有機(jī)物的光解速率大于UV /TiO 2法和UV /Fenton 法的簡(jiǎn)單加和。由于TiO 2對(duì)UV /Fento

7、n 氧化反應(yīng)具有催化作用,被引入到UV /Fenton 法后使得該體系表現(xiàn)出很強(qiáng)的光氧化能力。其中,TiO 2在UV 照射下降解有機(jī)物具有以下優(yōu)勢(shì):廢水中很多溶解的或分散的有機(jī)物能被降解;廢水的處理效率高。3電-Fenton 法3.1EF-Fenton 法該法也被稱為是陰極電Fenton 法,其基本原理是把氧氣噴到電解池的陰極上,使之還原為H 2O 2,H 2O 2與加入的Fe 2+發(fā)生Fenton 反應(yīng)。電Fenton 體系中的氧氣可通過曝氣方式加入,也可通過H 2O 在陽極的氧化產(chǎn)生。EF-Fenton 法不用加H 2O 2,有機(jī)物降解得很徹底,不易產(chǎn)生中間毒害物9。陳衛(wèi)國等10用電催化法

8、處理了苯酚、苯胺、鄰苯二甲酸二甲酯廢水,證實(shí)了在電催化過程中活性物種H 2O 2和OH 的存在,有機(jī)物的去除率關(guān)鍵在于體系中產(chǎn)生活性物種的量,H 2O 2的產(chǎn)量受槽電壓和pH 值的因素的影響,堿性條件下更有利于H 2O 2的生成。陳震等11用多孔石墨作陰極,金屬鐵作陽極,以Na 2SO 4為支持電解質(zhì),對(duì)酸性鉻藍(lán)模擬水樣進(jìn)行降解,COD 去除率大于80%,脫色率達(dá)100%。由于目前所用的陰極材料主要為石墨、玻璃炭棒和活性炭纖維,這些材料電流效率低,H 2O 2產(chǎn)量不高,因而限制了它的廣泛應(yīng)用。針對(duì)這些不足,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)三維電極和陰極材料的研制,以提高電流效率。3.2EF-FeO x 法該法是通過陽

9、極氧化產(chǎn)生的Fe 2+與加入的H 2O 2發(fā)生Fenton 反應(yīng)。由于在陽極有Fe 2+和Fe 3+溶解出,其可水解生成對(duì)有機(jī)物具有強(qiáng)絮凝性的Fe(OH2、Fe (OH3,因此該法對(duì)有機(jī)物的去除效果明顯好于陰極電Fenton 法,但需加H 2O 2,能耗大,成本高12。3.3電生成Fenton 試劑法電生成Fenton 試劑可以分為兩種形式:一種是在微酸性溶液中利用陰極上生成的H 2O 與投入的可溶性亞鐵鹽進(jìn)行Fenton 反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)與Fenton 試劑的結(jié)合。這種方法所用的電極多為石墨、網(wǎng)狀玻璃碳、碳-聚四氟乙烯等;另一種方法是在陽極生成亞鐵離子(Fe 2+,然后投放H 2O 進(jìn)

10、行Fenton 反應(yīng)13。3.4EF-FeRe 法傳統(tǒng)Fenton 法中鐵離子沒有再生,因而處理系統(tǒng)中會(huì)淤積有大量含鐵污泥,EF-FeRe 系統(tǒng)在一定程度上克服了這一缺點(diǎn)。在該處理系統(tǒng)中,H 2O 2和Fe 2+都由外部加入,但Fe 2+一旦加入后即可在陰極得以連續(xù)再生,此后無需再投加,但該法在操作時(shí)要求pH 必須小于2.514。4Fenton 法和其它方法的聯(lián)合4.1Fenton 試劑+生物法Fenton 試劑和生化法聯(lián)合處理主要適用于以下四種類型的廢水難生物降解廢水;含有少量難生物降解有機(jī)物可生化廢水;抑制性廢水;污染物的生物降解中間產(chǎn)物具有抑制性廢水。楊琦15等采用膜-生物反應(yīng)器和Fen

11、ton氧化組合工藝對(duì)丙烯腈廢水進(jìn)行處理。后續(xù)Fenton氧化工藝處理膜生物反應(yīng)器出水,可以使COD含量等指標(biāo)達(dá)到所要求的排放標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過膜-生物處理與Fenton法結(jié)合的優(yōu)化工藝,C0D去除率達(dá)到80%88%,BOD5去除率達(dá)到98%,出水水質(zhì)可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。4.2Fenton試劑+超聲波法超聲波對(duì)有機(jī)污染物的降解主要是通過它的空化機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。超聲空化是指液體中的微小氣核在超聲波作用下被激活,表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長(zhǎng)、收縮、崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過程。這些條件足以打開結(jié)合力很強(qiáng)的化學(xué)鍵,促進(jìn)水相燃燒,高溫分解或自由基反應(yīng),從而達(dá)到降解化學(xué)污染物的目的。眾多的研究報(bào)道表明,對(duì)于非極性、易揮發(fā)的有機(jī)物利用

12、超聲波降解效果明顯,速度快16。4.3Fenton試劑+混凝法王九思等17采用絮凝沉淀-Fenton氧化法對(duì)印染廢水進(jìn)行處理,篩選最佳的絮凝條件及氧化條件,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此法可使印染廢水的COD從1400mg/L降至70mg/L以下,廢水ODD與色度去除率分別為95%和97%,出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),此法具有去除率高,設(shè)備簡(jiǎn)單,占地面積小,操作方便,不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。4.4Fenton試劑+活性炭法活性炭是由微小結(jié)晶部分和非結(jié)晶部分混合組成的碳素物質(zhì),比表面積大,活性炭表面含有大量酸性或堿性基團(tuán),這些基團(tuán)的存在,特別是羥基、酚羥基的存在使活性炭不僅具有吸附能力,而且具有催化作用。5Fenton氧

13、化技術(shù)的研究方向Fenton試劑對(duì)一些難降解的有機(jī)物有較好的降解效果,但反受到H2O2與Fe2+濃度、pH值、溫度等反應(yīng)條件的影響。通過增加光照、電化學(xué)反應(yīng)可以改善Fenton法的反應(yīng)機(jī)制,提高處理效率。Photo-Fenton和Electro-Fenton將是今后Fenton氧化體系的兩大發(fā)展方向,相信隨著研究的不斷深入,Fenton氧化技術(shù)將在廢水處理工業(yè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1張科杰.Fenton試劑處理酸性玫瑰紅B染色廢水的試驗(yàn)研究D.天津:天津大學(xué),2004.2張傳君,李澤群,程溫瑩等.Fenton試劑的發(fā)展及在廢水處理中的應(yīng)用J.世界科技研究與進(jìn)展,2005,27(6:64

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