芬頓氧化技術(shù)處理廢水的研究與應(yīng)用何楊

1、芬頓氧化技術(shù)處理廢水的研究與應(yīng)用 課程名稱：難降解工業(yè)廢水處理班 級(jí)： 環(huán)境2010 姓 名： 何楊 時(shí) 間： 芬頓氧化技術(shù)處理廢水的研究與應(yīng)用一、概述與引言摘要：利用芬頓( Fenton) 法對(duì)造紙廢水生化出水進(jìn)行深度處理，考察了廢水pH 值、反應(yīng)時(shí)間、FeSO4投加量和H2O2投加量對(duì)廢水中色度和CODCr去除率的影響。結(jié)果表明: 在pH 值為5 00、FeSO4投量為400 mg /L、30% H2O2投量為200 mg /L，反應(yīng)時(shí)間為30 min，出水CODCr可降至60 mg /L 以下，色度的去除率可達(dá)到74%，可以滿足更為嚴(yán)格的造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，為進(jìn)一步的工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。關(guān)鍵

2、詞: Fenton 試劑; 深度處理; 造紙廢水前言：1894 年，H J Fenton 發(fā)現(xiàn)了采用Fe2 + / H2O2體系能氧化多種有機(jī)物1。1964 年加拿大學(xué)者H R Eisenhaner將Fenton 試劑法成功的應(yīng)用到處理苯酚廢水和烷基廢水上2。近年來，F(xiàn)enton 法成功的用于多種工業(yè)廢水的處理日益受到國內(nèi)外的關(guān)注3 6。Fenton 法處理造紙廢水的原理是以H2O2為氧化劑、以亞鐵鹽為催化劑的均相催化氧化法。反應(yīng)中產(chǎn)生的羥基自由基( ·OH) 是一種氧化能力很強(qiáng)的自由基，能氧化廢水中的有機(jī)物，從而降低廢水的色度和COD 值7 8。該方法不需要特制的反應(yīng)系統(tǒng)，也不會(huì)分

3、解產(chǎn)生新的有害物質(zhì)9。另外，加入的Fe2 + 和一部分被氧化成的Fe3 + 都可在中性或堿性環(huán)境中水解絮凝，因此可替代混凝作用。利用該方法對(duì)難生物降解的造紙廢水進(jìn)行深度處理試驗(yàn)，考察了反應(yīng)時(shí)間、進(jìn)水pH 值、FeSO4投加量和H2O2投加量對(duì)色度和CODCr去除效果的影響。二、芬頓試劑的反應(yīng)機(jī)理 Fenton 技術(shù)所應(yīng)用的Fenton 試劑之所以具有很強(qiáng)的氧化能力， 是因?yàn)槠渲泻蠪e2+和H2O2，H2O2被亞鐵離子催化分解生成羥基自由基（·OH），并引發(fā)更多的其他自由基，其反應(yīng)機(jī)理如下： Fe2+H2O2Fe3+OH-+·OH Fe3+H2O2Fe2+HO2·

4、+H+ Fe2+·OHOH-+Fe3+ RH+·OHR·+H2O R·+Fe3+R+Fe2+ R+O2ROO+CO2+H2OFenton 試劑處理有機(jī)物的實(shí)質(zhì)就是羥基自由基與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。三、芬頓試劑的分類1標(biāo)準(zhǔn)芬頓試劑標(biāo)準(zhǔn)芬頓試劑是由H2O2 和Fe2+ 組成的混合體系, 它通過催化分解H2O2 產(chǎn)生的·OH 進(jìn)攻有機(jī)物分子奪取氫, 將大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物或礦化為二氧化碳和水等無機(jī)物。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是: 在黑暗中就能降解有機(jī)物, 節(jié)省了設(shè)備投資。主要缺點(diǎn)為: 反應(yīng)速率較慢, H2O2的利用率低, 有機(jī)物礦化不充分, 處理后的水可能帶

5、有顏色, 較難應(yīng)用于飲用水的處理。 2光-芬頓試劑針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)芬頓法過氧化氫的利用率低、有機(jī)物礦化不充分等缺點(diǎn), 人們把光照(紫外光或可見光)引入標(biāo)準(zhǔn)芬頓體系, 形成了光-芬頓試劑。反應(yīng)體系在光的照射下, 可以提高其處理效率和對(duì)有機(jī)物的降解程度, 降低Fe2+ 的用量, 保持H2O2較高的利用率。光-芬頓試劑具有很強(qiáng)的氧化能力, 對(duì)有機(jī)物礦化程度較好, 但其缺點(diǎn)是處理費(fèi)用較高。隨著對(duì)芬頓法的進(jìn)一步研究, 人們把草酸鹽引入光-芬頓體系中, 發(fā)現(xiàn)草酸鹽的加入可有效提高體系對(duì)紫外線和可見光的利用效果。 3電-芬頓試劑電-芬頓試劑就是在電解槽中通過電解反應(yīng)生成H2O2 或Fe2+ , 從而形成芬頓試劑,

6、并讓廢水流入電解槽, 由于電化學(xué)作用, 使反應(yīng)機(jī)制得到改善, 從而提高了試劑的處理效果。該法綜合了電化學(xué)反應(yīng)和芬頓氧化, 充分利用了二者的氧化能力。它與光-芬頓法相比自動(dòng)產(chǎn)生H2 O2的機(jī)制較完善。導(dǎo)致有機(jī)物降解的因素較多, 除·OH 的氧化作用外,還有陽極氧化、電吸附等。四、芬頓試劑的影響因素根據(jù)上述Fenton試劑反應(yīng)的機(jī)理可知，OH ·是氧化有機(jī)物的有效因子，而Fe2+、H2O2、OH-決定了OH·的產(chǎn)量，因而決定了與有機(jī)物反應(yīng)的程度。影響該系統(tǒng)的因素包括溶液pH值、反應(yīng)溫度、H2O2投加量及投加方式、催化劑種類、催化劑與H2O2投加量之比等。五、試驗(yàn)部分1

7、.試劑和廢水試劑: 雙氧水( 30%) 、綠礬( 七水硫酸亞鐵) 、氫氧化鈉、濃硫酸均為分析純;試驗(yàn)水質(zhì): 試驗(yàn)用水取自河南某造紙廠生化出水，水質(zhì)特征: pH 值為6 9，CODCr為110mg /L，色度為100 度。2.試驗(yàn)方法取300 mL 水樣置于500 mL 燒杯中，用H2SO4或NaOH 調(diào)節(jié)pH 值，再向廢水中加入一定量的硫酸亞鐵和雙氧水，迅速混合，反應(yīng)一段時(shí)間后取出，調(diào)節(jié)其pH 值至中性，取上清液進(jìn)行分析，采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定COD 和色度。3. 處理工藝流程六結(jié)果與討論1.反應(yīng)時(shí)間與色度、CODCr去除率的關(guān)系試驗(yàn)條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 1

8、00倍，pH = 5 00，F(xiàn)eSO4投加量= 400 mg /L，30% H2O2投加量= 200 mg /L，通過調(diào)節(jié)停留時(shí)間來調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。 圖1 反應(yīng)時(shí)間與色度、COD 去除率的關(guān)系由圖1 可知，在前30 min 內(nèi)，CODCr和色度的去除率隨反應(yīng)時(shí)間的延長而增加，而30 min 后，CODCr和色度的去除率趨于平緩。這表明，反應(yīng)前段時(shí)間主要是生成新生態(tài)的·OH，反應(yīng)一段時(shí)間隨著生成·OH 量增多，這時(shí)分解破壞一些難分解的有機(jī)物占主導(dǎo)地位，反應(yīng)后期，隨著·OH 量的減少和難降解物質(zhì)的減少，CODCr的去除率趨于穩(wěn)定。2 2 pH 值對(duì)色度、

9、CODCr去除率的關(guān)系試驗(yàn)條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度為100倍，F(xiàn)eSO4投加量為400 mg /L，H2O2投加量為200mg /L，通過往造紙廢水中加硫酸調(diào)節(jié)廢水的pH 值。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。 圖2 反應(yīng)pH 值與色度、COD 去除率的關(guān)系由圖2 可知，pH = 5 時(shí)，CODCr和色度的去除效果最好，過高或過低的pH 使CODCr和色度的去除效果都有一定的下降。這主要跟Fenton 試劑的作用機(jī)理有關(guān)，H + 濃度高，對(duì)Fenton 反應(yīng)有抑制作用，影響Fe2 + 的催化再生及·OH 的產(chǎn)生; 當(dāng)pH 較高時(shí)，不僅抑制了·OH 的產(chǎn)生，同時(shí)也會(huì)

10、使Fe2 + 和Fe3 + 生成氫氧化物沉淀而降低或失去催化作用; 同時(shí)較高的pH 值也能使H2O2產(chǎn)生無效分解，降低氧化效率。2.3.FeSO4投加量對(duì)色度、CODCr去除率的關(guān)系試驗(yàn)條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 100倍，pH = 5 00，H2O2投加量= 200 mg /L，投入不同的FeSO4量來調(diào)節(jié)Fe2 + 濃度。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。 圖3 FeSO4投加量與色度、COD 去除率的關(guān)系由圖3 可知，當(dāng)催化劑Fe2 + 濃度較小時(shí)，不利于催化反應(yīng)的充分進(jìn)行，產(chǎn)生的·OH 的量較少，且后續(xù)的絮凝沉淀效果也差。Fe2 + 濃度過高，不僅使反應(yīng)后的出水色度

11、增大，而且過量的Fe2 + 會(huì)使H2O2分解速度過快，在短時(shí)間內(nèi)使·OH 的濃度達(dá)到很高，部分·OH 來不及與有機(jī)物反應(yīng)便發(fā)生了相互間的自由基反應(yīng)10，從而降低了對(duì)·OH 的利用率。24 H2O2投加量對(duì)色度、CODCr去除率的關(guān)系試驗(yàn)條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 100倍，pH = 5 00，F(xiàn)eSO4投加量= 400 mg /L，加入不同的H2O2溶液。試驗(yàn)結(jié)果見圖4。 圖4 H2O2投加量與色度、CODCr去除率的關(guān)系由圖4 可知，隨著H2O2用量的增加，色度和CODCr的去除率也隨著增加。這是因?yàn)镕enton 氧化作用主要靠H2O

12、2在Fe2 + 的催化作用下產(chǎn)生·OH來去除有機(jī)物，所以H2O2的投加量直接影響著Fenton 的氧化效果。當(dāng)H2O2投加量繼續(xù)增加時(shí)，CODCr的去除率不僅沒增加反而下降，這說明在Fenton 氧化過程中，并不是H2O2濃度越高氧化效果越好，相反過量的H2O2會(huì)殘留在溶液中，而H2O2在CODCr的測(cè)量中可被重鉻酸鉀氧化，從而在一定程度上增加了出水的CODCr值。在H2O2過量的情況下，大量的Fe2 + 會(huì)在一開始就被氧化成Fe3 + ，消耗了H2O2的同時(shí)又抑制了·OH 的產(chǎn)生。七結(jié)語( 1) 評(píng)價(jià)結(jié)果表明，浐河河段NH3-N 指標(biāo)未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，上游段的高橋、咸寧橋斷

13、面COD、BOD指標(biāo)，均已達(dá)到II 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。中游段的長樂橋斷面、華清橋斷面的COD、BOD 指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。下游段的浐灞大道、浐河口斷面的COD、BOD 指標(biāo)出現(xiàn)較嚴(yán)重超標(biāo)，監(jiān)測(cè)均值為劣V 類水質(zhì)?？傊瑳汉酉虒帢蛞陨蠑嗝婧佣尉鶟M足相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，咸寧橋以下河段由于受到排污的影響污染嚴(yán)重，主要污染因子為COD，監(jiān)測(cè)均值已超過類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。( 2) 灞河浐灞交匯口以上斷面( 田王橋、C 號(hào)壩、B 號(hào)壩、灞河口) COD、BOD、NH3-N 指標(biāo)均未出現(xiàn)相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的超標(biāo)現(xiàn)象。A 號(hào)壩斷面與三郎村斷面COD、BOD 指標(biāo)相對(duì)于類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，而NH3-N 指標(biāo)達(dá)到了類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。北繞城高速斷面COD、BOD、NH3-N 指標(biāo)出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)，COD 監(jiān)測(cè)均值為劣V 類水質(zhì)?？傊焙釉跊哄苯粎R口以上斷面沒有污染源排放，該區(qū)段水質(zhì)較好滿足相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，灞河在浐灞匯合后的河段受到?jīng)汉雍佣闻盼垡约?18 渠污水的影響，為劣類水質(zhì)。參考文獻(xiàn)1巨興順，陶林威，張楷，等 西安市浐灞河流域水資源開發(fā)利用規(guī)劃報(bào)告R 陜西省水文水資源勘測(cè)局， 20072井涌，巨興順 西安市浐灞河流域水資源配置總體布局研究J 水文， 2009， 29( 4) : 52 543楊曉婷，王文科，王杰，等 西安浐灞攔河造湖工程對(duì)地下水環(huán)境的影響J 人民黃河，