芬頓氧化工藝

1工藝

1.1芬頓氧化

芬頓工藝概述本質(zhì)上是亞鐵離子(Fe2)和過氧化氫之間催化羥基自由基生成的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，具有很強(qiáng)的氧化能力，其氧化電位僅次于氟，達(dá)到2.80伏，無機(jī)化學(xué)反應(yīng)過程是過氧化氫(H2O2)和亞鐵離子(Fe2)的混合溶液將羧酸、醇和酯等許多已知的有機(jī)化合物氧化成無機(jī)態(tài)。

此外，羥基具有很高的電負(fù)性或親電性，其電子親和力可達(dá)569.3kJ，具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性。因此，芬頓反應(yīng)具有很高的去除難降解有機(jī)污染物的能力，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于印染廢水、含油廢水、苯酚廢水、焦化廢水、硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水的處理。

1.2氧化機(jī)理

芬頓氧化法(Fenton oxidation method)是H2O2在酸性條件下，在Fe2的存在下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(OH)，并觸發(fā)更多的其他活性氧來實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解。它的氧化過程是一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。其中，羥基生成是鏈的起點(diǎn)，其他活性氧物種和反應(yīng)中間體形成鏈的節(jié)點(diǎn)。每種活性氧被消耗掉，反應(yīng)鏈終止。

酸堿度，作為基本污水指標(biāo)，必然會成為供需熱點(diǎn)，這對于E-1312 pH電極，S400-RT33 pH電極等廣大制造商來說是一大好處。美國BroadleyJames作為美國BroadleyJamesE-1312的老牌制造商，必將為中國的環(huán)境保護(hù)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。我們生產(chǎn)的pH電極經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，檢測準(zhǔn)確。廣泛應(yīng)用于各級環(huán)保污水監(jiān)測及污水處理過程中。

它的反應(yīng)機(jī)制更復(fù)雜。這些活性氧物種只是有機(jī)分子，并將其礦化為無機(jī)物質(zhì)，如CO2和H2O。因此芬頓氧化法成為重要的氧化技術(shù)之一。

芬頓發(fā)現(xiàn)芬頓試劑時(shí)，尚不清楚過氧化氫和亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生的氧化劑具有如此強(qiáng)的氧化能力。20多年后，一些人認(rèn)為反應(yīng)中可能會產(chǎn)生羥基，否則氧化就不會如此強(qiáng)烈。

因此，在芬頓試劑中，用一個(gè)被廣泛引用的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述化學(xué)反應(yīng):Fe2 H2O 2→fe3o OH-OH①從上面的公式可以看出，1mol H2O 2與1mol Fe2反應(yīng)生成1mol Fe3，同時(shí)生成1mol OH+1mol羥基。羥基的存在使芬頓試劑具有很強(qiáng)的氧化能力。計(jì)算出羥基在溶液中的氧化電位高達(dá)2.73伏，溶液的酸堿度為4。

在自然界，氧化能力僅次于溶液中的氟氣。因此，在芬頓試劑前，持久性有機(jī)化合物，特別是通常難以氧化的芳香族化合物和一些雜環(huán)化合物，都被非選擇性氧化降解。1975年，美國環(huán)境化學(xué)家沃林·C系統(tǒng)地研究了芬頓試劑中自由基的類型和鐵在芬頓試劑中的作用，得到了以下化學(xué)反應(yīng)方程式:

H2O2 Fe2 → Fe3O2h ② O2 Fe2 → Fe3O2

③可以看出，在芬頓試劑中，除了生成1mol羥基外，還生成1mol過氧自由基O2，但過氧自由基的氧化電位只有約1mol

1.3芬頓系統(tǒng)工藝流程簡述

在二沉池出水井中，芬頓給水泵用于泵入芬頓氧化塔氧化降解廢水中難降解的污染物。芬頓氧化塔出水自動流入中和池，液堿加入中和池中和廢水至中性。中和池的廢水自動流入脫氣池，通過吹攪拌去除廢水中的少量氣泡；脫氣槽流出的廢水自行流入混凝反應(yīng)槽，加入聚丙烯酰胺進(jìn)行充分反應(yīng)，絮凝廢水中的鐵污泥?；炷磻?yīng)后的廢水流入z終沉淀池，鐵污泥

溫度是芬頓反應(yīng)的重要影響因素之一。一般的化學(xué)反應(yīng)會隨著溫度的升高而加快反應(yīng)速度，芬頓反應(yīng)也不例外。溫度的升高會加快羥基的形成速度，有利于羥基與有機(jī)物的反應(yīng)，提高氧化效果和化學(xué)需氧量的去除率。然而，對于芬頓試劑這樣的復(fù)雜反應(yīng)體系，溫度的升高不僅加速了正反應(yīng)的進(jìn)行，而且加速了副反應(yīng)。溫度的升高也會加速H2O2分解成O2和H2O，這不利于羥基的形成。

不同種類工業(yè)廢水芬頓反應(yīng)的醉溫也有所不同。當(dāng)處理聚丙烯酰胺水溶液時(shí)，嘴優(yōu)選控制在30-50℃.

在研究洗膠廢水的處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)醉的z佳溫度為85℃。處理三氯苯酚時(shí)，溫度低于60℃時(shí)有利于反應(yīng)，而高于60℃時(shí)不利于反應(yīng)。

2.2pH

一般來說，芬頓試劑在酸性條件下反應(yīng)。Fe2在中性和堿性環(huán)境中不能催化H2O2氧化生成羥基，氫氧化鐵沉淀并失去催化能力。當(dāng)溶液中氫的濃度過高時(shí)，F(xiàn)e3不能順利還原成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具有很強(qiáng)的氧化能力，尤其是當(dāng)酸堿度為3 ~ 5時(shí)。此時(shí)，有機(jī)物的降解速度很快，可以在幾分鐘內(nèi)降解。此時(shí)，有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)與Fe2和過氧化氫的初始濃度成比例。因此，在工程應(yīng)用芬頓法時(shí)，建議將廢水調(diào)整為=2 ~ 4，理論上z好為3.5。

2.3有機(jī)底物

芬頓試劑對不同種類的廢水有不同的用量和氧化效果。這是因?yàn)椴煌愋偷膹U水和有機(jī)物是不同的。

對于醇類(甘油)和糖類等碳水化合物，分子在羥基自由基的作用下發(fā)生脫氫反應(yīng)，然后碳碳鍵斷裂。對于糖的大分子，羥基自由基破壞糖分子鏈中的糖苷鍵，并降解產(chǎn)生小分子。對于水溶性聚合物和乙烯化合物，羥基會破壞碳=碳鍵。此外，羥基可以打開芳香化合物的環(huán)，形成脂肪化合物，從而消除降低廢水的生物毒性，提高其生物降解性。對于染料來說，羥基可以打開染料中官能團(tuán)的不飽和鍵，氧化分解染料，實(shí)現(xiàn)脫色和降低化學(xué)需氧量。

芬頓試劑實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)介質(zhì)的酸堿度為3 ~ 5，多糖、H2O2和催化劑的摩爾比為240336012 ~ 2433601 ~ 2時(shí)，芬頓反應(yīng)可以破壞殼聚糖分子鏈中的糖苷鍵，從而產(chǎn)生小分子產(chǎn)物。

2.4過氧化氫和催化劑的用量

芬頓法需要判斷廢水處理中化學(xué)品的用量和經(jīng)濟(jì)性。H2O2用量大時(shí)，廢水中化學(xué)需氧量的去除率會增加，但當(dāng)H2O2用量增加到一定程度時(shí)，化學(xué)需氧量的去除率會緩慢下降。由于芬頓反應(yīng)中H2O2的用量增加，羥基的產(chǎn)量會增加，化學(xué)需氧量的去除率也會增加。然而，當(dāng)H2O2濃度過高時(shí)，過氧化氫會分解而不會產(chǎn)生羥基。

催化劑的用量與過氧化氫相同。在正常情況下，隨著Fe2用量的增加，廢水中化學(xué)需氧量的去除率會增加?；瘜W(xué)需氧量的去除率開始下降。原因是當(dāng)Fe2濃度較低時(shí)，H2O2產(chǎn)生的羥基隨著Fe2濃度的增加而增加。當(dāng)Fe2的濃度過高時(shí)，H2O2也會發(fā)生無效分解，釋放O2。