Fenton试剂在废水处理中的应用研究 非常重要

1、1894年,法国科学家H.J.H.Fenton发现在酸性条件下,Fe2+/H2O2体系可以有效地氧化酒石酸,后人将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂1。Fenton试剂具有极强的氧化能力,在处理难生物降解或一般化学氧化剂难以奏效的有机废水时,具有反应迅速、温度和压力等反应条件温和且无二次污染等优点。近年来,该法在工业废水处理中的应用越来越受到国内外的广泛关注。1普通Fenton试剂法Fenton试剂的实质是二价铁离子(Fe2+和过氧化氢之间的链式反应催化生成OH自由基,具有较强的氧化能力,其氧化电位仅次于氟,高达2.80V,另外,羟基自由基具有很高的电负性或亲电性,其电子亲和能力达56

2、9.3kJ,具有很强的加成反应特性,因而Fenton试剂可无选择氧化水中的大多数有机物。Fenton试剂在处理有机废水时会发生反应产生铁水络合物,主要反应式如下2: Fe(H2O63+H2OFe(H2O5OH2+H3O+Fe(H2O5OH2+H2OFe(H2O4OH2+H3O+当pH为37时,上述络合物变成:2Fe(H2O5OH2+Fe(H2O8OH24+2H2OFe(H2O8(OH24+H2OFe2(H2O7(OH3 +H3O+Fe2(H2O7(OH33+Fe(H2O5OH2+Fe3 (H2O7(OH45+5H2O普通Fenton法在黑暗中就能破坏有机物,具有设备投资省的优点,但其存在两个致

3、命的缺点: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OH的生成路线发生竞争,并可能对环境造成更大危害;二是H2O2的利用率不高,致使处理成本很高。2光-Fenton法针对普通Fenton法的缺点,人们把紫外线引入Fenton体系,形成了UV/Fenton法。UV/Fenton 法实际是Fe2+/H2O2与UV/H2O2两种系统的结合,该系统具有的明显的优点是3:可降低Fe2+的用量,保持H2O2较高的利用率;紫外光和亚铁离子对H2O2催化分解存在协同效应,即H2O2的分解速率大于Fe2+或紫外光催化H2O2分解速率的简单加和;有机物在紫外线

4、作用下可部分降解。1993年Ruper等首次将近紫外光引入Fenton,并对4一CP(一种有机磷农药的去除与无机化进行考察,发现近紫外光的引入可以大大提高反应速度。采用UV/Fenton技术处理废水,如除草剂、偶氮类染料(AO7、邻氯酚4、垃圾渗滤液5、有色溶解有机物6等,在相同氧化剂投加量的条件下,将UV辐射引入Fenton体系,处理效果明显优于普通Fenton试剂法。UV/Fenton法具有很强的氧化能力,能有效地分解有机物,且矿化程度较好,但其利用太阳能的Fenton试剂在废水处理中的应用研究郭晶晶陈建中摘要Fenton试剂在处理难降解有机污染物时具有独特的优势,是一种很有应用前景的废水

5、处理技术。文章介绍了该技术的发展过程、主要类型及应用现状,并对其在废水处理中的优缺点和发展趋势做出了评述。关键词Fenton试剂光Fenton技术电Fenton技术联合处理能力不强,处理设备费用也较高,能耗大。光-Fenton 法下一步的发展方向应是加强对聚光式反应器的研制,以便提高照射到体系中的紫外线总量,达到降低运行成本的目的。UV /Fenton 法只适用于处理低浓度的有机废水,为了改善这种状况,人们将草酸盐引入UV /Fenton 体系。UV-vis /H 2O 2草酸铁络合物法与光Fenton 法相比,优越性表现在7:具有较强的利用紫外光的能力;OH 的产率高,草酸铁络合物可在一定程

6、度上循环利用。所以采用UV-vis /H 2O 2/草酸铁络合物法可进一步提高有机物矿化程度,又使废水处理成本降低。但该法仍存在自动产生H 2O 2的机制不完善、对可见光利用率低且穿透力不强等缺点。2.3UV-TiO 2/Fenton 法据文献报道8,往UV /Fenton 法中引入光敏性半导体材料TiO 2,构成UV-TiO 2/Fenton 法,这是UV /Fenton 法与UV /TiO 2法的复合,它对有机物的光解速率大于UV /TiO 2法和UV /Fenton 法的简单加和。由于TiO 2对UV /Fenton 氧化反应具有催化作用,被引入到UV /Fenton 法后使得该体系表现

7、出很强的光氧化能力。其中,TiO 2在UV 照射下降解有机物具有以下优势:废水中很多溶解的或分散的有机物能被降解;废水的处理效率高。3电-Fenton 法EF-Fenton 法该法也被称为是阴极电Fenton 法,其基本原理是把氧气喷到电解池的阴极上,使之还原为H 2O 2,H 2O 2与加入的Fe 2+发生Fenton 反应。电Fenton 体系中的氧气可通过曝气方式加入,也可通过H 2O 在阳极的氧化产生。EF-Fenton 法不用加H 2O 2,有机物降解得很彻底,不易产生中间毒害物9。陈卫国等10用电催化法处理了苯酚、苯胺、邻苯二甲酸二甲酯废水,证实了在电催化过程中活性物种H 2O 2

8、和OH 的存在,有机物的去除率关键在于体系中产生活性物种的量,H 2O 2的产量受槽电压和pH 值的因素的影响,碱性条件下更有利于H 2O 2的生成。陈震等11用多孔石墨作阴极,金属铁作阳极,以Na 2SO 4为支持电解质,对酸性铬蓝模拟水样进行降解,COD 去除率大于80%,脱色率达100%。由于目前所用的阴极材料主要为石墨、玻璃炭棒和活性炭纤维,这些材料电流效率低,H 2O 2产量不高,因而限制了它的广泛应用。针对这些不足,应加强对三维电极和阴极材料的研制,以提高电流效率。3.2EF-FeO x 法该法是通过阳极氧化产生的Fe 2+与加入的H 2O 2发生Fenton 反应。由于在阳极有F

9、e 2+和Fe 3+溶解出,其可水解生成对有机物具有强絮凝性的Fe(OH2、Fe (OH3,因此该法对有机物的去除效果明显好于阴极电Fenton 法,但需加H 2O 2,能耗大,成本高12。3.3电生成Fenton 试剂法电生成Fenton 试剂可以分为两种形式:一种是在微酸性溶液中利用阴极上生成的H 2O 与投入的可溶性亚铁盐进行Fenton 反应,从而实现了电化学与Fenton 试剂的结合。这种方法所用的电极多为石墨、网状玻璃碳、碳-聚四氟乙烯等;另一种方法是在阳极生成亚铁离子(Fe 2+,然后投放H 2O 进行Fenton 反应13。EF-FeRe 法14。Fenton 试剂+生物法Fe

10、nton 试剂和生化法联合处理主要适用于以下四种类型的废水难生物降解废水;含有少量难生物降解有机物可生化废水;抑制性废水;污染物的生物降解中间产物具有抑制性废水。杨琦15等采用膜-生物反应器和Fenton氧化组合工艺对丙烯腈废水进行处理。后续Fenton氧化工艺处理膜生物反应器出水,可以使COD含量等指标达到所要求的排放标准,经过膜-生物处理与Fenton法结合的优化工艺,C0D去除率达到80%88%,BOD5去除率达到98%,出水水质可达排放标准。4.2Fenton试剂+超声波法超声波对有机污染物的降解主要是通过它的空化机制来实现的。超声空化是指液体中的微小气核在超声波作用下被激活,表现为泡

11、核的振荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程。这些条件足以打开结合力很强的化学键,促进水相燃烧,高温分解或自由基反应,从而达到降解化学污染物的目的。众多的研究报道表明,对于非极性、易挥发的有机物利用超声波降解效果明显,速度快16。4.3Fenton试剂+混凝法王九思等17采用絮凝沉淀-Fenton氧化法对印染废水进行处理,筛选最佳的絮凝条件及氧化条件,实验结果表明,此法可使印染废水的COD从1400mg/L降至70mg/L以下,废水ODD与色度去除率分别为95%和97%,出水达到排放标准,此法具有去除率高,设备简单,占地面积小,操作方便,不产生二次污染等优点。4.4Fenton试剂+活性炭法活

12、性炭是由微小结晶部分和非结晶部分混合组成的碳素物质,比表面积大,活性炭表面含有大量酸性或碱性基团,这些基团的存在,特别是羟基、酚羟基的存在使活性炭不仅具有吸附能力,而且具有催化作用。5Fenton氧化技术的研究方向Fenton试剂对一些难降解的有机物有较好的降解效果,但反受到H2O2与Fe2+浓度、pH值、温度等反应条件的影响。通过增加光照、电化学反应可以改善Fenton法的反应机制,提高处理效率。Photo-Fenton和Electro-Fenton将是今后Fenton氧化体系的两大发展方向,相信随着研究的不断深入,Fenton氧化技术将在废水处理工业中得到更为广泛的应用。参考文献D.天津:

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