Fenton试剂在废水处理中的应用.ppt

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Fenton,试剂的作用机理,(1),强氧化作用,目前普遍为大家所接受的反应机理：,H,2,O,2,与,Fe,2+,反应分解生成,羟基自由基,(OH),和氢氧根离子,(OH,-,),，,并引发连锁反应从而产生更多的其它自由基，然后利用这些自由基进攻有机质分子，从而破坏有机质分子并使其矿化直至转化为,CO,2,、,H,2,O,等无机质,。,8,氧化机理,9,2.2 Fenton,试剂的作用机理,(2),絮凝,/,沉降作用,以上这些经典机理对一些实际废水处理所存在的现象却往往难以解释。,Walling,和,Kato,S.H.Lin,和,Lo,的研究表明，,Fenton,试剂在处理废水过程中，再生的,Fe,2+,、反应后端产生的,Fe,3+,与氢氧化物反应生成的铁水络合物，还具有絮凝、沉淀的功能。,10,如果,pH,值为,37,时，则：,絮凝,/,沉降机理,11,根据上述,Fenton,试剂氧化降解有机物的机理和途径可知，,OH,是氧化有机物的有效因子，而二价铁、过氧化氢及废水的酸碱性决定了,OH,的产率,，,因此，影响,Fenton,试剂处理难降解废水的程度 的因素有：,2.3 Fenton,试剂的影响因素,影响因素,pH,值,催化剂的种类,H,2,O,2,投加量,H,2,O,2,投加方式,12,能够催化过氧化氢的金属离子催化剂可以有多种，常见的有：,Cu,2+,、,Fe,2+,、,Fe,3+,、,Mn,2+,等。在不同金属离子存在下，双氧水对难降解有机物的催化氧化效果不同。研究结果表明,FeSO,4,为,Fenton,试剂的最佳催化剂,。,催化剂的种类,pH,是影响,Fenton,试剂处理效果的重要因素之一，,H,2,O,2,分解为,OH,的速度与溶液中,OH,-,的浓度有关，即溶液初始,pH,值对双氧水的分解有很大的影响。双氧水在碱性条件下极不稳定，容易分解，在酸性条件下其分解反应动力学常数最高。,pH,过高或过低对有机物去除均不利，因为催化过氧化氢分解的铁的有效形式是,Fe(O,2,H),2+,、,Fe(OH),2+,，其在,pH25,的范围内浓度较高。,溶液的,pH,值,2.3 Fenton,试剂的影响因素,13,2.3 Fenton,试剂的影响因素,采用,Fenton,试剂处理废水的有效性和经济性主要取决于双氧水的投加量。现有文献提及：随着过氧化氢用量的增加，氧化效率,(O.E),值下降，这可能和副反应的发生有关。当过氧化氢用量较高时，使得过氧化氢发生无效分解从而降低了氧化效率。,H,2,O,2,投加量,保持,H,2,O,2,的总投加量不变，将,H,2,O,2,均匀地分批投加，可提高废水的处理效果。其原因是,H,2,O,2,分批投加时，,H,2,O,2,/Fe,2+,相对降低，即催化剂浓度相对提高，从而使,H,2,O,2,的,OH,产率增大，提高了,H,2,O,2,的利用率，进而提高了总的氧化效果。,H,2,O,2,投加方式,14,2.4 Fenton,试剂的演变,2,1,类,Fenton,试剂,光,-Fenton,试剂,有研究表明,利用,Fe(),盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿物,(,如赤铁矿、针铁矿等,),同样可使,H,2,O,2,催化分解产生,OH,，达到降解有机物目的，以这类催化剂组成的,Fenton,试剂，称为类,Fenton,试剂。,把光引进,Fenton,试剂可以克服普通,Fenton,试剂的缺点，称为光,-Fenton,试剂，分为,UV-Fenton,试剂、,UV-vis/H,2,O,2,草酸铁络合物法和,UV-TiO,2,/Fenton,试剂。,15,3,电,-Fenton,试剂,电,-Fenton,氧化法是把通过电化学法产生的,H,2,O,2,和,Fe,2+,作为,Fenton,试剂的持续来源。与普通,Fenton,试剂和光,-Fenton,试剂相比，具有以下优点：,自动产生,H,2,O,2,的机制完善；,有机物降解的因素多，除,OH,的氧化作用外，还有阳极氧化、电吸附等；,喷洒在阴极上的氧气或空气可提高反应溶液的混合作用；,Fe,2+,可由阴极再生，污泥产量少。,16,Fenton,试剂在废水处理,中的应用,17,张娴娴等,对重庆钢铁基团焦化厂实际生产废水进行实验研究，结果表明：在常温,25,下，,pH=3.0,反应持续时间,5min,，氧化剂投加量,H,2,O,2,/COD,Cr,=2:12,，,Fe,2+,的投加量,Fe,2+/,H,2,O,2,=15:1,，,2,次投加,H,2,O,2,时，,Fenton,法氧化降解处理焦化废水达到最佳处理效果，,COD,Cr,从,2480 mg/L,降至,295mg/L,，酚从,800mg/L,降至,84mg/L,，去除率分别为,88.12%,，,89.45%,。,3.1 Fenton,试剂处理焦化废水,焦化废水,是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及产品回收过程中产生的废水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物，成分复杂，污染物浓度高、色度高、毒性大，性质非常稳定，是一种典型的难降解有机废水。,18,武建军等,采用,Fenton,试剂对焦化废水,SBR,处理后的出水进行后续氧化处理，当氧化剂,H,2,O,2,投加量为,1.67mL/L,，,FeSO,4,7H,2,O,的投加量为,1.67g/L,，废水的初始,pH,值为,6.5,，静置氧化时间,4h,时，,Fenton,氧化达到最佳处理效果，,COD,Cr,从,481.1mg/L,降至,246.7mg/L,，去除率为,48.72,。,3.1 Fenton,试剂处理焦化废水,王春敏等,对某焦化厂生化处理前的废水进行,Fenton,试剂,活性炭吸附处理研究，该废水的,pH,值约为,7.2,，,COD,为,1935 mg/L,，结果表明：,Fenton,试剂,-,活性炭吸附工艺处理焦化废水的最佳操作条件为：,Fenton,试剂氧化阶段,H,2,O,2,投加量为,55 mmol/L,，,Fe,2+,/H,2,O,2,=1:10,，初始,pH=3,；活性炭吸附阶段活性炭投加量为,2.5 g/L,，,pH=3,，吸附时间,30min,。在此操作条件下，,焦化废水,COD,降至,48mg/L,，去除率达,97.5%,。,19,3.2 Fenton,试剂处理含油废水,含油废水,成分较复杂，不仅含油浓度高，且常溶有大量的苯类、酚类、腐殖酸类和多环芳烃等有机污染物，难于生物降解。,钟萍等,通过采用,Photo-Fenton,方法，以,500W,高压汞灯为光源，对含煤油废水进行处理研究，结果表明，油类去除率达到,75%,。,祁佩时等,以,Fenton,试剂为氧化剂对稠油石化废水进行处理，研究表明，当,Fenton,试剂氧化的初始条件为质量比,(H,2,O,2,/COD)R=1.52,，摩尔比,(H,2,O,2,/Fe,2+,)M=10:1,，初始,pH=3,，时间为,60 min,，氧化温度,T=25,时,氧化后,COD,由,89.2mg/L,降至,34.0 mg/L,，去除效率为,62.00%,。,刘建伟等,采用,Fenton,试剂对发酵甘油生产废水进行处理研究，通过处理后废水的,COD,由,13500mg/L,降至,4030mg/L,，可生化性由,0.202,提高到,0.568,。,20,3.3 Fenton,试剂处理农药废水,农药废水,污染物浓度较高，,COD,量大，含有杀虫剂、除草剂、有机氯农药和有机磷农药等，由于其中含有酚、砷、汞等有毒物质以及许多生物难以降解的物质，使其具有毒性大、有恶臭气味以及对人的呼吸道和粘膜有刺激性等特点。,孙红文等采用,Fenton,试剂和,Photo-Fenton,对,2,4-,二氯苯氧乙酸,(2,4-D),进行降解试验，在,2,4-D,质量浓度为,200mg/L,、,H,2,O,2,质量浓度为,200mg/L,、,Fe,2+,质量浓度为,40 mg/L,、,pH,值 为,3.5,、反应时间为,10min,条件下，,2,4-D,降解率为,85%,，水样的,TOC,去除率为,80%,；在,Photo-Fenton,作用下，,H,2,O,2,质量浓度为,100mg/L,，,Fe,2+,质量浓度为,20mg/L,，,pH,为,3.5,，反应时间为,60min,，可达到与,Fenton,试剂相同的处理效果。,21,3.4 Fenton,试剂处理制药废水,制药废水,成分复杂、毒性大、色度深，常含有大量的生物抑制剂，而且废水水质、水量波动较大，是处理难度较大的工业废水之一。,M.Ravina,等,以,400W,高压汞灯为光源,，,采用,Photo-Fenton,对含双氯芬酸止痛药废水进行处理研究,，,在适宜的试验条件下,，,水样的,TOC,去除率达到,100%,。,黄永辉等,采用,Fenton,试剂处理含咪唑酮、羟基吡嗪、氯乙酰胺及长链亚胺类化合物等杂环类制药废水，也取得了显著的成果，将废水的可生化性由,0.1,提高到,0.6,。,22,3.5 Fenton,试剂处理印染废水,纺织印染废水,具有色度高，,COD,高和排放量大等特点，尤其在化纤生产、纺织、印染加工过程中，大量用到表面活性剂、助剂、油剂、浆料、树脂和染料，使纺织废水,COD,越来越高，而这些合成物质难于被生化降解。其中多数染料分子是以苯环为核心的稠环、杂环结构，属于高度稳定的大分子有机物，其中的硝基和胺基等基团具有较大的生物毒性和致癌性。目前印染废水处理厂普遍采用物化生化二级处理工艺，处理后出水的色度均较高，直接排放会给环境带来危害。,23,王利平等,采用,Fenton,试剂对常州市某印染废水处理厂的二沉池进行深度处理，在,pH=6,，,H,2,O,2,/Fe,2+,=0.8,，,Fe,2+,投加量为,1.0g/L,，,反应时间为,3h,的条件下,，,研究了,Fenton,试剂对,COD,、,TP,、,TN,、,NH3-N,和色度的去除效果。,3.5 Fenton,试剂处理印染废水,项 目,原 水,出 水,DB32/1072-2007,限值,去除率,COD (mg/L),83.2,13.12,50,84%,TP (mg/L),1.13,0.28,0.5,75%,TN (mg/L),19.06,13.91,15,27%,NH3-N (mg/L),0.35,0.19,5,46%,色度,/,倍,48,8,40,83%,注：,DB32/1072-2007,太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值,24,4,展 望,25,以太阳光和可见光为光源的,Photo-Fenton,法，充分利用太阳光，可有效地节约能源和降低处理成本；,电,-Fenton,法不需要外在提供,H,2,O,2,，且,Fe,2+,可循环再生利用，是最为清洁的,Fenton,氧化技术；,将紫外光、草酸铁和微电解等引入,Fenton,试剂体系，可有效地降低,H,2,O,2,和,Fe,2+,用量，提高了,Fenton,试剂利用率和有机物矿化率。,研究,Fenton,氧化法与其它处理过程组合工艺也是近年来研究者所关注的。,因此,Fenton,氧化法基本上将沿着,Photo-Fenton,法、电,-Fenton,法以及和其他处理过程组合工艺的路线向前发展。,展 望,随着研究不断深入,Fenton,氧化法在不断地改进和发展，出现了各种组合体系：,26,展 望,但是目前大多数研究尚处于实验室和理论探索阶段，有关实际应用的成果报道较少，其原因主要有：,Fenton,氧化体系对,pH,响应范围较窄,(pH2.55.0),；,反应过程中,Fe,2+,易流失，且常产生大量难处理含铁污泥；,以紫外光作为光源的,UV/Fenton,和电,-Fenton,法处理费用通常相对较高。,因此，,拓宽,Fenton,氧化体系的,pH,响应范围，开展,Fe,2+/,Fe,3+,固定化技术研究，,是今后,Fenton,氧化技术应用于难降解有机工业废水处理领域的研究重点。,Fenton,试剂作为一种强氧化剂用于去除有机工业废水中的难降解有机污染物具有明显优点，是一种很有应用潜力的废水处理技术。,27,谢 谢！,28,