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探讨芬顿法处理难降解有机废水研究与应用

2014-01-28 10:41
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  1、芬顿处理法概述

  1894年,化学家FentonHJ发现,过氧化氢(H2O2)与亚铁离子Fe2+的混合溶液具有强氧化性,可以将诸多有机物,如醇酚醚醛铜羧酸以及其衍生物氧化成简单的无机小分子物质,如二氧化碳,硝酸根等等,氧化效果相当彻底。

  氧化彻底也就意味着选择性不强,在正常的生产工艺中,人们总是使用选择性较好的氧化剂,这样才能够得到目标的高分子有机合成产物,从这一点看,芬顿的应用范围不大。直到1970年之后,随着环境保护的研究日益深入,污水中难降解有机物的存在成了让人头疼的问题,也是水污染控制技术中研究的重难点。蓦然回首,环境学者们发现,芬顿的这种无选择的彻底氧化特性正好给难降解有机物的处理与处置带来福音。至此深度氧化-芬顿处理技术越来越被人广泛关注。

  2、芬顿试剂的氧化机理

  芬顿试剂具有很强的氧化能力在于其中含有Fe2+和H2O2。其反应机理为:

  芬顿试剂的反应机理较为复杂,能够发生多个自由基反应,现在普遍认为,芬顿实际反映的关键是双氧水在亚铁离子催化下生成的羟基自由基(·OH),其氧化能力强于臭氧,仅次于氟,高达2.80V。此外,·OH具有很高的电负性,具有很强的加成反应特性。正因为如此,在难降解有机物的处理中,芬顿试剂的优越性就体现了出来。人们常用芬顿试剂来处理工业尾水,或者通过物理化学方法难以处理的污水。

  3、芬顿处理废水的类型

  3.1普通Fenton法

  双氧水在亚铁离子的催化作用下分解产生羟基自由基,其氧化性极强,可将有机物分子转化为无机物。于此同时,亚铁离子作为催化剂会被氧化成为三价铁离子,若溶液pH值为中性或碱性可生成Fe(OH)3胶体出现,众所周知的胶体絮凝吸附作用,可大规模地去除污水中的微小悬浮颗粒及胶体,大大提高水质。普通Fenton试剂法即使没有光照也能分解氧化有机物,因此具有设备简单一次性投入较低的优点。但也有两点不足:其一是不能充分矿化有机物,初始物质部分转化为某些中间产物,这些中间产物或与Fe3+形成络合物,或与羟基自由基·OH的生成路线发生竞争,并可能对环境的危害更大;二是H2O2的利用率不高。为此人们把紫外线引入Fenton体系,形成了UV/Fenton法。

  3.2光-芬顿法

  普通芬顿法过氧化氢的利用率低,有机物矿化不充分,如果把光照(紫外光或可见光)引入标准芬顿体系,可以大大提高其对有机物处理效率及对有机物的降解程度,这种紫外或可见光照射下的Fenton试剂体系被称为光-Fenton试剂。但光-芬顿试剂的缺点是处理费用较高。详细的反应机理如下:

  3.3电-芬顿法

  电-芬顿试剂就是在电解槽中通过电解反应生成H2O2或Fe2+,从而形成芬顿试剂,并让废水流入电解槽,由于电化学作用,使反应机制得到改善,从而提高了试剂的处理效果。该法综合了电化学反应和芬顿氧化,充分利用了二者的氧化能力。它与光-芬顿法相比自动产生H2O2的机制较完善。导致有机物降解的因素较多,除·OH的氧化作用外,还有阳极氧化、电吸附等。

  4、案例

  河北沧州某地工业园区污水处理升级改造,一期工程里污水处理工艺采用“悬链曝气+微絮凝过滤”工艺,该项目的污水要求进行二级生化处理。进水BOD5/COD<0.25,可生化性较差,因此,宜通过适当技术措施增强污水的可生化性。

  此污水处理厂的进水含有大量制药、纤维素等废水,水质复杂,并且变化较大,这部分工业废水在出厂前已经经过一道生化处理系统,出水中的COD为大分子链不易降解的污染物增加调节池及水解酸化池。调节池的作用主要是调节水量水质,水解酸化的作用主要是使成分复杂的大分子、不溶性有机物在细胞外酶和兼氧菌的生化作用下水解为小分子和可溶性有机物,进行“粗粮细作”,为后续的生化处理提供合适的营养物质。

  根据工程经验,进厂污水经水解酸化+悬挂链生化工艺处理后,部分水质指标(COD)仍达不到排放标准,且再经常规的混凝沉淀+过滤的深度处理工序处理后依然难以稳定达标排放,必须对深度处理部分进行强化。在此情况下,该污水处理厂使用了芬顿处理工艺,使出水COD由原来的80mg/L降至42mg/L,符合国家污水排放一级A的标准,从而使水质达标,减少了对该地区环境的污染,提高了环境质量。故此芬顿法在处理难降解有机废水的工程实践中,由于它的诸多优势,如分解彻底,投资省,造价低,易于操作等,成为了首选方案。

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