Fenton試劑在廢水處理中的應用研究 非常重要

1、1894年,法國科學家H.J.H.Fenton發(fā)現在酸性條件下,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試劑具有極強的氧化能力,在處理難生物降解或一般化學氧化劑難以奏效的有機廢水時,具有反應迅速、溫度和壓力等反應條件溫和且無二次污染等優(yōu)點。近年來,該法在工業(yè)廢水處理中的應用越來越受到國內外的廣泛關注。1普通Fenton試劑法Fenton試劑的實質是二價鐵離子(Fe2+和過氧化氫之間的鏈式反應催化生成OH自由基,具有較強的氧化能力,其氧化電位僅次于氟,高達2.80V,另外,羥基自由基具有很高的電負性或親電性,其電子親和能力達56

2、9.3kJ,具有很強的加成反應特性,因而Fenton試劑可無選擇氧化水中的大多數有機物。Fenton試劑在處理有機廢水時會發(fā)生反應產生鐵水絡合物,主要反應式如下2: Fe(H2O63+H2OFe(H2O5OH2+H3O+Fe(H2O5OH2+H2OFe(H2O4OH2+H3O+當pH為37時,上述絡合物變成: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物,具有設備投資省的優(yōu)點,但其存在兩個致

3、命的缺點:一是不能充分礦化有機物,初始物質部分轉化為某些中間產物,這些中間產物或與Fe3+形成絡合物,或與OH的生成路線發(fā)生競爭,并可能對環(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法針對普通Fenton法的缺點,人們把紫外線引入Fenton體系,形成了UV/Fenton法。UV/Fenton 法實際是Fe2+/H2O2與UV/H2O2兩種系統(tǒng)的結合,該系統(tǒng)具有的明顯的優(yōu)點是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H2O2催化分解存在協(xié)同效應,即H2O2的分解速率大于Fe2+或紫外光催化H2O2分解速率

4、的簡單加和;有機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4一CP(一種有機磷農藥的去除與無機化進行考察,發(fā)現近紫外光的引入可以大大提高反應速度。采用UV/Fenton技術處理廢水,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法具有很強的氧化能力,能有效地分解有機物,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用研究郭晶晶陳建中摘要Fenton試劑在處理難降解有機污染物時具有獨特的優(yōu)勢

5、,是一種很有應用前景的廢水處理技術。文章介紹了該技術的發(fā)展過程、主要類型及應用現狀,并對其在廢水處理中的優(yōu)缺點和發(fā)展趨勢做出了評述。關鍵詞Fenton試劑光Fenton技術電Fenton技術聯(lián)合處理能力不強,處理設備費用也較高,能耗大。光-Fenton 法下一步的發(fā)展方向應是加強對聚光式反應器的研制,以便提高照射到體系中的紫外線總量,達到降低運行成本的目的。2.2UV-vis/H 2O 2/草酸鐵絡合物法UV /Fenton 法只適用于處理低濃度的有機廢水,為了改善這種狀況,人們將草酸鹽引入UV /Fenton 體系。UV-vis /H 2O 2草酸鐵絡合物法與光Fenton 法相比,優(yōu)越性表

6、現在7:具有較強的利用紫外光的能力;OH 的產率高,草酸鐵絡合物可在一定程度上循環(huán)利用。所以采用UV-vis /H 2O 2/草酸鐵絡合物法可進一步提高有機物礦化程度,又使廢水處理成本降低。但該法仍存在自動產生H 2O 2的機制不完善、對可見光利用率低且穿透力不強等缺點。2.3UV-TiO 2/Fenton 法據文獻報道8,往UV /Fenton 法中引入光敏性半導體材料TiO 2,構成UV-TiO 2/Fenton 法,這是UV /Fenton 法與UV /TiO 2法的復合,它對有機物的光解速率大于UV /TiO 2法和UV /Fenton 法的簡單加和。由于TiO 2對UV /Fento

7、n 氧化反應具有催化作用,被引入到UV /Fenton 法后使得該體系表現出很強的光氧化能力。其中,TiO 2在UV 照射下降解有機物具有以下優(yōu)勢:廢水中很多溶解的或分散的有機物能被降解;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。電Fenton 體系中的氧氣可通過曝氣方式加入,也可通過H 2O 在陽極的氧化產生。EF-Fenton 法不用加H 2O 2,有機物降解得很徹底,不易產生中間毒害物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,證實了在電催化過程中活性物種H 2O 2和OH 的存在,有機物的去除率關鍵在于體系中產生活性物種的量,H 2O 2的產量受槽電壓和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,對酸性鉻藍模擬水樣進行降解,COD 去除率大于80%,脫色率達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產量不高,因而限制了它的廣泛應用。針對這些不足,應加強對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、極氧化產生的Fe 2+與加入的H 2O 2發(fā)生Fenton 反應。由于在陽極有Fe 2+和Fe 3+溶解出,其可水解生成對有機物具有強絮凝性的Fe(OH2、Fe (OH3,因此該法對有機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行Fenton 反應,從而實現了電化學與Fenton 試劑的結合。這種方法所用的電極多為石墨、網狀玻璃碳、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

10、行Fenton 反應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。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物可生化廢水;抑制性廢水;污染物的生物降解中間產物具有抑制性廢水。楊琦15等采用膜-生物反應器和Fen

11、ton氧化組合工藝對丙烯腈廢水進行處理。后續(xù)Fenton氧化工藝處理膜生物反應器出水,可以使COD含量等指標達到所要求的排放標準,經過膜-生物處理與Fenton法結合的優(yōu)化工藝,C0D去除率達到80%88%,BOD5去除率達到98%,出水水質可達排放標準。4.2Fenton試劑+超聲波法超聲波對有機污染物的降解主要是通過它的空化機制來實現的。超聲空化是指液體中的微小氣核在超聲波作用下被激活,表現為泡核的振蕩、生長、收縮、崩潰等一系列動力學過程。這些條件足以打開結合力很強的化學鍵,促進水相燃燒,高溫分解或自由基反應,從而達到降解化學污染物的目的。眾多的研究報道表明,對于非極性、易揮發(fā)的有機物利用

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氧化法對印染廢水進行處理,篩選最佳的絮凝條件及氧化條件,實驗結果表明,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%,出水達到排放標準,此法具有去除率高,設備簡單,占地面積小,操作方便,不產生二次污染等優(yōu)點。4.4Fenton試劑+活性炭法活性炭是由微小結晶部分和非結晶部分混合組成的碳素物質,比表面積大,活性炭表面含有大量酸性或堿性基團,這些基團的存在,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、化技術的研究方向Fenton試劑對一些難降解的有機物有較好的降解效果,但反受到H2O2與Fe2+濃度、pH值、溫度等反應條件的影響。通過增加光照、電化學反應可以改善Fenton法的反應機制,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氧化技術將在廢水處理工業(yè)中得到更為廣泛的應用。參考文獻1張科杰.Fenton試劑處理酸性玫瑰紅B染色廢水的試驗研究D.天津:天津大學,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用J.世界科技研究與進展,2005,27(6:64

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