芬頓工藝在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用范文

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目前工業(yè)廢水處理的主流及熱點(diǎn)技術(shù)包括厭氧生物處理技術(shù)、膜處理技術(shù)、高級氧化技術(shù)、脫氮除磷技術(shù)、生態(tài)處理技術(shù)等。基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本，高級氧化過程與傳統(tǒng)工藝結(jié)合是目前技術(shù)應(yīng)用方向。芬頓工藝具有基建投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、操作工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，近年來在難降解工業(yè)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。與其他傳統(tǒng)的水處理方法相比，F(xiàn)enton氧化法具有以下特點(diǎn)[1]：(1)反應(yīng)速率高，在Fe2+離子的作用下，H2O2能夠迅速分解產(chǎn)生•OH，•OH具有極強(qiáng)的得電子能力也就是氧化能力，氧化電位2.8V，其氧化能力僅次于氟；(2)•OH可以直接與廢水中的污染物反應(yīng)將其降解為二氧化碳、水和無害物；(3)由于羥基自由基的氧化能力很強(qiáng)，所以反應(yīng)速度快，可以在較短的反應(yīng)時間內(nèi)達(dá)到處理要求；(4)芬頓反應(yīng)可以作為單獨(dú)處理工藝，又可與其他處理工藝相結(jié)合，提供處理效率且能夠降低處理成本。

1芬頓反應(yīng)影響因素

1.1溫度溫度是芬頓反應(yīng)的重要影響因素之一。一般化學(xué)反應(yīng)隨著溫度的升高會加快反應(yīng)速度，芬頓反應(yīng)也不例外，溫度升高會加快•OH的生成速度，有助于•OH與有機(jī)物反應(yīng)，提高氧化效果和CODCr的去除率；但是，溫度升高也會加速H2O2的分解，分解為O2和H2O，不利于•OH的生成。不同種類工業(yè)廢水的芬頓反應(yīng)最佳溫度，也存在一定差異。張鐵鍇[2]處理聚丙烯酰胺水溶液處理時，最佳溫度控制在30℃～50℃。陳傳好[3]等人研究洗膠廢水處理時發(fā)現(xiàn)最佳溫度為85℃。Basu和Somnath[4]處理三氯（苯）酚時，當(dāng)溫度低于60℃時，溫度有助于反應(yīng)的進(jìn)行，反之當(dāng)高于60℃時，不利于反應(yīng)。

1.2pH一般來說，芬頓試劑是在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)的，pH升高會僅抑制•OH的產(chǎn)生，而且會產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀而失去催化能力。當(dāng)溶液中的H+濃度過高，F(xiàn)e3+不能順利的被還原為Fe2+，催化反應(yīng)受阻。多項(xiàng)研究結(jié)果表明芬頓試劑在酸性條件下，特別是pH在3～5時氧化能力很強(qiáng)，此時的有機(jī)物降解速率最快，能夠在短短幾分鐘內(nèi)降解。此時有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)正比于Fe2+和過氧化氫的初始濃度[5]。因此，在工程上采用芬頓工藝時，建議將廢水調(diào)節(jié)到=2～4，理論上在為3.5時為最佳。

1.3有機(jī)底物針對不同種類的廢水，芬頓試劑的投加量、氧化效果是不同的。這是因?yàn)椴煌愋偷膹U水，有機(jī)物的種類是不同的。對于醇類（甘油）及糖類等碳水化合物，在羥基自由基作用下，分子發(fā)生脫氫反應(yīng)，然后C-C鍵的斷鏈；對于大分子的糖類，羥基自由基使糖分子鏈中的糖苷鍵發(fā)生斷裂，降解生成小分子物質(zhì)；對于水溶性的高分子及乙烯化合物，羥基自由基使得C=C鍵斷裂；并且羥基自由基可以使得芳香族化合物的開環(huán)，形成脂肪類化合物，從而消除降低該種類廢水的生物毒性，改善其可生化性；針對染料類，羥基自由基可以打開染料中官能團(tuán)的不飽和鍵，使染料氧化分解，達(dá)到脫色和降低CODCr的目的。范金石等[6]用芬頓試劑降解殼聚糖的實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)介質(zhì)pH值3～5，聚糖、H2O2及催化劑的摩爾比在240:12～24:1～2時，芬頓反應(yīng)可以使殼聚糖分子鏈中的糖苷鍵發(fā)生斷裂，從而生成小分子的產(chǎn)物。1.4過氧化氫與催化劑投加量芬頓工藝在處理廢水時需要判斷藥劑投加量及經(jīng)濟(jì)性。H2O2的投加量大，廢水CODCr的去除率會有所提高，但是當(dāng)H2O2投加量增加到一定程度后，CODCr的去除率會慢慢下降。因?yàn)樵诜翌D反應(yīng)中H2O2投加量增加，•OH的產(chǎn)量會增加，則CODCr的去除率會升高，但是當(dāng)H2O2的濃度過高時，雙氧水會發(fā)生分解，并不產(chǎn)生羥基自由基。催化劑的投加量也有與雙氧水投加量相同的情況，一般情況下，增加Fe2+的用量，廢水CODCr的去除率會增大，當(dāng)Fe2+增加到一定程度后。CODCr的去除率開始下降。原因是因?yàn)楫?dāng)Fe2+濃度低時，隨著Fe2+濃度升高，H2O2產(chǎn)生的•OH增加；當(dāng)Fe2+的濃度過高時，也會導(dǎo)致H2O2發(fā)生無效分解，釋放出O2。在工程實(shí)際中過氧化氫及催化劑的投加一般通過實(shí)驗(yàn)后確定。

2芬頓工藝在廢水處理中的運(yùn)用

近年來，隨著污水中污染物成分越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的生化系統(tǒng)很難處理達(dá)標(biāo)。工藝芬頓試劑在工業(yè)廢水處理中的廣泛應(yīng)用，用來處理難以降解的有機(jī)污染物。2.1焦化廢水焦化廢水中含有難生化降級的多稠環(huán)芳烴和含氮雜環(huán)化合物，廢水中生物毒性及抑制性物質(zhì)多，生化處理后廢水難以達(dá)標(biāo)[8]。傳統(tǒng)的A/O或A2/O等方法難以實(shí)現(xiàn)焦化廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，采用活性炭工藝處理有一定的效果，但是運(yùn)行成本較高而且會產(chǎn)生二次污染。由于芬頓工藝在處理難降解有機(jī)物廢水的領(lǐng)域運(yùn)用有叫廣泛的前景，李亞峰[9]采用Fenton反應(yīng)和活性炭吸附的組合工藝，可以將焦化廢水的COD去除97%左右，出水能夠達(dá)到污水排放一級標(biāo)準(zhǔn)。采用Fenton工藝處理COD為2000mg/L左右的焦化廢水，也可以取得不錯的效果[10]。

2.2印染廢水印染廢水具有色度高，COD濃度高，含鹽量高，可生化性差的特點(diǎn)。芬頓試劑具有高氧化性特點(diǎn)，可以使部分難生物降解有機(jī)物轉(zhuǎn)換成可生化性好的物質(zhì)，并且可以破壞染料中發(fā)色的基團(tuán)，降低色度，所以被廣泛應(yīng)用于印染廢水的處理領(lǐng)域。采用芬頓的衍生工藝[10]，如微電解-Fenton氧化工藝處理難降解蒽醌染整廢水，COD去除率93%~94%；BOD5去除率可達(dá)90%～95%；出水色度也可去除95%～96%。當(dāng)pH值為2～4時，H2O2投加量為30g/L，催化劑投加量為H2O2的1/150時，可用Fenton工藝處理染料中間體H酸[12]的生產(chǎn)廢水，COD的去除率為50%。

2.3垃圾滲濾液垃圾滲濾液的有機(jī)物濃度非常高、并且大部分屬于難生物降解有機(jī)物，其中還包含了很多有毒有害物質(zhì)，氨氮濃度高、微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)，一般生化處理工藝的復(fù)雜并且效果一般。研究發(fā)現(xiàn)[13]用Fenton工藝處理經(jīng)過生化處理后的垃圾滲濾液，出水水質(zhì)可達(dá)污水排放二級標(biāo)準(zhǔn)。陳經(jīng)濤等[14]取圾填埋場經(jīng)過厭氧、好氧處理后的滲濾液采用間歇反應(yīng)進(jìn)行了Fenton處理，研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)enton工藝可以大大提高垃圾滲濾液的可生化性，為后續(xù)進(jìn)一步生化處理提供了保障。

3結(jié)語

芬頓工藝近年來在焦化廢水、印染廢水、垃圾滲濾液等廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，要關(guān)注溫度、pH、有機(jī)底物、過氧化氫與催化劑投加量等對處理效率的影響，建議在工程應(yīng)用之前進(jìn)行小試試驗(yàn)確定最佳反應(yīng)條件。在后續(xù)研究中，探索UV芬頓、光芬頓、電芬頓等技術(shù)是提高芬頓反應(yīng)處理效率、降低藥劑劑量的一種具有前景的應(yīng)用方向。

作者：張一鳴 單位：同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院