光-Fenton技术PPT课件.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,浅谈光-Fenton技术在环境修复中的应用,资源环境学院,08环二 刘彦彦,1,引言,环境污染问题日益突出，人类也一直在积极探索解决办法，光-Fenton反应自发现以来一直广泛用于不同的氧化反应。近年来，作为一种新的有效的高级氧化技术应用于环境污染的处理领域。,2,目录,A.Fenton(芬顿)法及光-Fenton技术简述,B.光-Fenton技术在环境修复中的应用举例,C.光-Fenton技术的改进,D.光-Fenton法的展望,3,A.Fenton法及光-Fenton技术简述,4,Fenton(芬顿)法简述,1894年，法国科学家Fenton发现，在酸性条件下，H,2,O,2,在Fe,2+,离子的催化作用下可有效的将酒石酸氧化。后人将H,2,O,2,和Fe,2+,命名为Fenton试剂。,1964年Eisenhouser首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂在环境污染物处理中应用的先例。,5,反应机理,Fenton反应体系中总的化学反应方程式：,Fe,2+,+H,2,O,2,Fe,3+,+O,2,+OH,生成的OH能快速降解多种有机化合物,RH+,OH H,2,O+R,R+Fe,3+,Fe,2+,+产物,这种氧化反应速率极快，在酸性条件下效率最高，在中性到强碱性条件下效率较低。,H,+,6,操作条件,合适的,H,2,O,2,与Fe,2+,的物质量比：10-290,最适温度：20-40,最佳PH：2.0-4.0,合适的反应时间：90-100min,不同水质的废水的操作条件也不同，应用时要先进行实验确定最佳操作条件。,7,处理效能与应用,进水COD:50-1000mg/L,处理水量：40-3000m,3,/d，氧化池的规模：0.375-126m,3,COD去除率：50-80%，色度去除率：80%以上。,该方法具有方便快捷、易于操作的优点，但多污泥，经济成本较高是它的劣势。,用于去除高色度，可生化性差，含有毒物质的废水。即可作为废水处理的预处理，又可作为最终的深度处理。,8,光-Fenton技术,在紫外波长和近紫外波长的光辐射下，增强了Fenton 试剂的氧化能力，大大促进Fenton和类Fenton体系中有机物的降解速度，还在一定程度上节约了过氧化氢的用量。光助Fenton氧化系统实际上为H,2,O,2,+Fe,2+,与H,2,O,2,+UV 两种系统的结合,UV/Fenton法：,反应体系在紫外光的照射下三价铁与水中氢氧根离子的复合离子可以直接产生羟基自由基并产生二价铁离子,9,技术优点,1.可以降低Fe,2+,的用量，保持过氧化氢较高的利用率；,2.紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应，过氧化氢的分解速率远大于亚铁离子或紫外光催化过氧化氢分解速率的简单加和,10,B.光-Fenton技术在环境修复中的应用举例,11,光-Fenton-生物联用技术处理难降解废水研究进展,12,化工、轻纺、制药、食品等工业中所排放出的大量工业废水，因具有种类多、成分复杂、COD（化学需氧量）浓度高、可生化性差、有毒有害等特点，若未能进行有效的控制和治理，必将对环境造成十分严重的污染与破坏。,13,14,近二十多年来，发展了一种有效处理难降解污染物的化学氧化法,高级氧化技术（advancedoxidation processes，简称AOPs），其中很重要的一个便是Fenton 类氧化技术，并且目前很多人认为光-Fenton 技术是最有前景的处理技术之一。该体系无需辅以高温和高压，操作简单，且Fenton 试剂,Fe,2+,+,H,2,O,2,对环境友好。Fenton技术对于含酚类、防腐剂、杀虫剂、甲醛、染料等有机物的废水和受污染土壤的处理均有效。但相对于生物处理，光-Fenton 体系的运行成本很高，限制了其在实际中的应用。,因此，将光-Fenton 体系作为预处理方法将难降解的污染物转化为易生物处理的物质之后与生化法联用，实现高效、经济的目的，是难降解有机物处理技术的一个研究发展方向。,15,技术实验基本原理,技术要求和成本要求的均衡，决定了光-Fenton 预处理的程度,Fenton 试剂的投加量或光照时间对于Fenton 技术（不加光）来讲，试剂的投加量决定了前处理的程度。当溶液中的,Fe,2+,或,H,2,O,2,被消耗完时，Fenton 反应终止了，污染物的降解也结束，延长反应时间也对前处理的程度无作用。如果溶液中,H,2,O,2,没消耗完时采用其它手段终止反应，此时多添加的双氧水会造成成本的升高，且剩余的,H,2,O,2,会对后续的生物反应会造成危害。,16,预处理目的：,改变污染物的结构，将其转化为毒性小、容易生物降解的中间产物，使得后续的生化处理难度更低。,预处理预期效果：,初始的难降解污染物浓度降低；对微生物有害的中间产物得到较大程度的去除；绝大部分的氧化剂已经耗尽或去除，不然会对微生物产生毒害作用且增加反应成本。,17,光-Fenton 法氧化垃圾渗滤液中有机物的研究,18,渗滤液的定义,渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于雨雪淋溶、自身发酵、地表水和地下水浸泡而渗滤出的高浓度有机废水。,19,20,渗滤液的研究现状,目前,城市生活垃圾的无害化处理方法主要有3种:卫生填埋、焚烧和堆肥。而垃圾渗滤液的处理是上述方法中共有的技术难题,由于生活垃圾渗滤液污染程度高,成分复杂,变化又大,其处理难度超过城市生活污水。这是由于渗滤液的产生受多因素影响,不仅水量变化大,而且变化无规律性,滤液水质的变化受垃圾组成、垃圾含水率、垃圾体内温度、垃圾填埋时间、填埋规律、填埋工艺、降雨渗透量等因素的影响,尤其是降雨量和填埋时间的影响,所以垃圾渗滤液的处理一直是污染控制的焦点。,21,我国渗滤液的处理现状,虽然随着我国经济建设的发展，很多地方都建设了不同类型的填埋场，城市生活垃圾的处理走向了一个规范化的道路，但据中国城市建设研究院对全国292家大中型填埋场的调查显示：,现有填埋场中，具有渗滤液处理系统的占61%，其中49%的填埋场进行了渗滤液处理，,但没有达到国家的相关排放标准，剩余的12%填埋场进行了处理，出水达到纳管标准。渗滤液的低处理率即有认识问题，也有技术经济问题，而后者往往占主要作用。应该说，符合,“,高效、低耗,”,（cost effective）处理标准的渗滤液处理工艺的成功研发，是解决我国渗滤液问题的关键所在。,22,原理,光-Fenton氧化处理技术是依据产生羟基自由基降解有机污染物的方法,因此能够有效地对垃圾渗滤液的有机物质进行氧化降解。光助Fenton 法在处理高浓度、难降解有机废水方面具有很多的优势,属于有发展前景的新兴绿色环保处理方法。,23,基本方法,研究不同Fe,2+,/H,2,O,2,、pH值、Fenton试剂用量对垃圾渗滤液色度去除率和UV254的影响,利用光谱扫描研究垃圾渗滤液在光助Fenton 技术处理前后有机物的变化情况,24,H,2,O,2,用量,单因素实验,H,2,O,2,用量,OH+H,2,O,2,H,2,O+HO,2,-,HO,2,O,2,+H+,O,2,+H,2,O,2,O,2,+2OH,-,在当,H,2,O,2,的浓度较低时,，上述反应,可以忽略，,H,2,O,2,的浓度增加，,产生的,OH,量增加，所产生,的,OH,全部参加与有机物的反应，,垃圾渗滤液,COD,的去除率,随,H,2,O,2,的投加量增加而增大；当,H,2,O,2,的浓度过高时，,发生以上反应，而且过量的,H,2,O,2,不但不能通过分解产生更多的自由基，反而开始就把,Fe,2+,迅速氧化为,Fe,3+,而使氧化在,Fe,3+,的,催化下进行，这样既消耗了,H,2,O,2,又抑制了,OH,的产生，而且,过量的,H,2,O,2,其还原性从一定的,程度上增加了处理后水样的,COD,值。,H,2,O,2,最佳用量应为相当于,2,倍,COD,的量,。,25,Fe,2+,用量,催化剂（,Fe,2+,）浓度：,Fe,2+,是催化产生自由基的必要条件，在无,Fe,2+,条件下，,H,2,O,2,难以分解产生自由基，当,Fe,2+,的浓度过低时，反应速度极慢，因此自由基的产生量和产生速度小，降解过程受到抑制；当,Fe,2+,的浓度过量时，它还原,H,2,O,2,且自身氧化为,Fe,3+,，消耗药剂的同时增加出水色度。,Fe,2+,用量,26,H,2,O,2,Fe,2+,投量比,随着,H,2,O,2,Fe,2+,投量比的增大，,COD,去除率也随之增加，,但,H,2,O,2,Fe,2+,投量比大于,4:1,时，,COD,去除率并没有太大,的变化，反而有下降的趋势，这与以下两个副反应有关，即：,OH+H,2,O,2,H,2,O+HO,2,HO,2,+OH H,2,O+O,2,根据反应方程式，,H,2,O,2,投加量少时，产生的,OH,也相对少，,副反应影响不大；,H,2,O,2,投加量多时，消耗,OH,使,H,2,O,2,无效分解，降低了,COD,去除率。所以，,H,2,O,2,/Fe,2+,最佳投量比为,4:1,。,H,2,O,2,Fe,2+,投量比,27,溶液,pH,Fenton,试剂是在酸性条件下,发生作用的，在中性和碱性,的环境中，,Fe,2+,不能催化,H,2,O,2,分解产生,OH,，因为,在溶液中的存在形式受制,于溶液,pH,值，见,Fenton,氧化反应式。,溶液,pH,28,反应时间,反应时间,开始时随着反应时间的增加，,COD,去除率有明显的提高，,当反应到,120 min,时，,COD,的,去除率基本上达到最大,（,74.9%,），再增加时间，,COD,去除率没有多大变化，,甚至出现下降。其原因可能,是一定时间后反应速度降低了,或产生难以被,OH,氧化的一些,中间体本实验得出,Fenton,试剂处理垃圾渗滤液最佳时,间为,120 min,。,29,有实验结果表明：,光-Fenton 技术处理垃圾渗滤液的优化条件是:Fe,2+,/,H,2,O,2,为1/95,Fe,2+,浓度为5100mmol,L,-1,H,2,O,2,浓度为5170102 mmol,L,-1,pH值为2.5。光-Fenton 技术对垃圾渗滤液中有机物的降解符合二级反应动力学,反应方程为dc/dt=-4134 c,1.92,;光谱扫描结果表明,光助Fenton技术对垃圾渗滤液中的有机物有很好的去除效果。,30,C.光-Fenton技术的改进,31,虽然光-Fenton氧化技术具有较好的处理水中难降解有机污染物的效果,但在实际应用中存在以下,不足:,利用率不高；,简单的反应必须在的酸性介质中进行,实际废水的酸度一般超过,极低的酸度要求增加了水处理成本。,32,近年来，在光-Fenton氧化技术的改进方法取得一定的进展，比如：不同小分子配体的引人，即在自然水体中存在的各种小分子无机物或有机物可以和铁元素相互作用,并对反应产生明显的影响近几年研究应用较多的是在反应中引入C,2,O,4,2-,；将光助Fenton 氧化技术与光川、电化学、超声波和纳米技术结合,促使,OH 大量迅速地产生,可使生物难降解有机物的处理效果更好。,33,D.技术展望,34,光-Fenton氧化技术是一种新型、高效的氧化技术，该领域的进一步研究对于治理我国日益严重的环境污染问题,具有十分重要的理论意义和应用价值。,35,谢谢,36,