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。 小编根据群内专家的交流内容,综合整理,分享给圈内外环保工作者,理解新技术, 掌握新技术,始终站在环保科技的前沿。 1、Fenton 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 Fenton HJ 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+ ˙OH ① 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. 73 V。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 Walling C 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 + 2H ② 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 1.3 V 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)法作为废水高级处理技术,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 4、芬顿流化床反应器 芬顿流化床反应器,又称为芬顿氧化塔、芬顿反应塔,是进行芬顿反应对废水进行高 级氧化的必要设备。水博网技术管理中心在传统芬顿反应塔的基础上,研发了具有独特技 术的芬顿流化床反应器,本设备利用流体化床方式使芬顿法所产生的 Fe3+大部分以结晶或 沉淀附着在流化床芬顿载体表面,可大幅减少传统芬顿法的加药量产生的化学污泥量(H2O2 加入量减少 10%~20%,Fe2+加入量减少 50%~70%,污泥量减少 40%~50%)。 5、处理焦化废水 炼焦废水含有数十种无机和有机化合物,包括氨氮、硫氰化物、硫化物、氰化物、酚、 苯胺、苯并比等,其中一些是高致癌物,属于高污染难治理的工业废水。 实验人员研究了用芬顿法处理焦化废水。探讨了影响 COD 去除率的因素,确定了适宜 的操作条件。在此条件下,焦化废水 COD 去除率达 88.9%. H202 如分 3 批加入(总量不变), COD 去除率可提高至 92%。实验人员研究了芬顿氧化/混凝协同处理焦化废水经生物处理后 的出水。结果表明,经此处理后,出水可达国家二级排放标准。如后续再经生物处理,最 后出水将可稳定地达到国家一级排放标准。研究试验中,还通过分析相对分子质量分布和 小分子有机物组成,揭示了焦化废水生物处理后出水的物质组成及其在芬顿氧化/混凝协同 处理后的污染物变化规律。 6、处理垃圾渗滤液 城市垃圾渗滤液是一种组成成分复杂的污水,将会污染地下水,对城市环境构成严重 威胁。由于其含有多种有毒有害的难降解有机物,不易用传统的生化法来处理。不同的填 埋场的垃圾渗滤液的组成、浓度不同。因此,对垃圾渗滤液的处理效率,实验人员研究主 要是从降低 COD 和去除的混合物中有机物分子量来考察。 垃圾渗透液中的应用,进行了用芬顿法处理垃圾渗滤液的中型试验,反应在连续的搅 拌发生器中进行,当试剂加入量适当时,COD 的去除率可达 67.5%,从而提高了可生化性, 有利于进一步的处理。 由以上对各种废水的研究可知用芬顿试剂处理废水的特点,一是反应启动快,反应在 酸性的环境中,常温常压,条件温和;二是不需要设计复杂的反应系统,设备简单、能耗小。 实验人员认为芬顿试剂氧化性强,反应过程中可以将污染物彻底地无害化,而且氧化剂 H2O2,参加反应后的剩余物可以自行分解掉,不留残余,同时也是良好的絮凝剂,效果好。 Fenton 试剂在处理各种废水的时候,其反应条件差别不大,这就方便了 Fenton 试剂 的工业化应用。 原标题:Fenton 高级氧化技术在水处理的应用浅析 利条件。