Fenton試劑在廢水處理中的應(yīng)用學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1Fenton試劑試劑(shj)在廢水處理中的應(yīng)用在廢水處理中的應(yīng)用第一頁，共28頁。Page -2- 前 言1 工業(yè)廢水的來源2 Fenton試劑的介紹(jisho)3 Fenton試劑在廢水處理中的應(yīng)用4 展 望第1頁/共28頁第二頁，共28頁。Page -3-前 言u(píng) 近年來，高級(jí)氧化技術(shù)在處理(chl)難生物降解廢水方面取得了一定的進(jìn)展，尤其是 Fenton 試劑作為一種強(qiáng)氧化劑去除廢水中的有機(jī)污染物效果顯著。u Fenton 試劑法是一種采用過氧化氫為氧化劑、以亞鐵鹽為催化劑的均相催化氧化法，在偏酸性條件下，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的OH 是一種氧化能力很強(qiáng)的自由基，具有較高的氧化還原電

2、位，能迅速的氧化廢水中的污染物而幾乎沒有選擇性。u 與其它氧化工藝如相比，F(xiàn)enton 試劑氧化法具有運(yùn)行成本低、工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便和在常溫常壓下反應(yīng)的特點(diǎn)。第2頁/共28頁第三頁，共28頁。Page-4-1 工業(yè)廢水的來源(liyun)第3頁/共28頁第四頁，共28頁。Page -5-1.1 工業(yè)廢水的來源(liyun) 工業(yè)廢水是指工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、污水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物。 工業(yè)廢水是水體的一大污染源，占我國廢水總排放量的 70%以上。由于工業(yè)生產(chǎn)的多樣性、產(chǎn)生的排水污染性質(zhì)也紛呈復(fù)雜，如有機(jī)污染、無機(jī)污染熱污染、色度污

3、染等等(dn dn)。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量迅猛增加，對(duì)水體的污染也日趨廣泛和嚴(yán)重，威脅人類的健康和安全。第4頁/共28頁第五頁，共28頁。Page-6-2 Fenton試劑(shj)的介紹第5頁/共28頁第六頁，共28頁。Page -7-2.1 Fenton試劑(shj)的發(fā)現(xiàn) 1894 法國科學(xué)家H.J.H.Fenton 在一項(xiàng)科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)酸性水溶液中在H2O2 與Fe2+共存的條件下可以有效的將酒石酸氧化，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)為人們分析還原性有機(jī)物和有機(jī)物的選擇性氧化提供了一種新的方法。人們?yōu)榱思o(jì)念這位偉大的科學(xué)家，將H2O2 / Fe2+命名為Fenton試劑，即為標(biāo)準(zhǔn)(bio

4、zhn)Fenton試劑。標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)Fenton試劑自出現(xiàn)以后就得到了廣泛的研究和應(yīng)用， 第6頁/共28頁第七頁，共28頁。Page -8-2.2 Fenton試劑的作用(zuyng)機(jī)理(1) 強(qiáng)氧化作用 目前普遍為大家所接受的反應(yīng)機(jī)理：H2O2 與Fe2+反應(yīng)分解生成羥基自由基(OH)和氫氧根離子(OH-)，并引發(fā)連鎖反應(yīng)從而產(chǎn)生更多的其它自由基，然后利用(lyng)這些自由基進(jìn)攻有機(jī)質(zhì)分子，從而破壞有機(jī)質(zhì)分子并使其礦化直至轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無機(jī)質(zhì)。第7頁/共28頁第八頁，共28頁。Page -9-氧化(ynghu)機(jī)理第8頁/共28頁第九頁，共28頁。Page -10-2.

5、2 Fenton試劑(shj)的作用機(jī)理(2) 絮凝/沉降(chnjing)作用 以上這些經(jīng)典機(jī)理對(duì)一些實(shí)際廢水處理所存在的現(xiàn)象卻往往難以解釋。Walling和Kato, S. H. Lin 和 Lo的研究表明，F(xiàn)enton試劑在處理廢水過程中，再生的 Fe2+、反應(yīng)后端產(chǎn)生的 Fe3+與氫氧化物反應(yīng)生成的鐵水(tishu)絡(luò)合物，還具有絮凝、沉淀的功能。第9頁/共28頁第十頁，共28頁。Page -11-如果(rgu)pH值為37時(shí)，則：絮凝/沉降(chnjing)機(jī)理第10頁/共28頁第十一頁，共28頁。Page -12- 根據(jù)上述 Fenton 試劑氧化降解有機(jī)物的機(jī)理和途徑可知，OH

6、是氧化有機(jī)物的有效(yuxio)因子，而二價(jià)鐵、過氧化氫及廢水的酸堿性決定了OH 的產(chǎn)率，因此，影響 Fenton 試劑處理難降解廢水的程度 的因素有：2.3 Fenton試劑(shj)的影響因素影響因素pH 值 催化劑的種類 H2O2投加量 H2O2投加方式 第11頁/共28頁第十二頁，共28頁。Page -13- 能夠催化過氧化氫的金屬離子催化劑可以有多種，常見的有：Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等。在不同金屬離子存在下，雙氧水對(duì)難降解有機(jī)物的催化氧化效果不同。研究結(jié)果表明, FeSO4為Fenton試劑(shj)的最佳催化劑。催化劑的種類(zhngli) pH是影響Fenton試

7、劑處理效果的重要因素之一，H2O2分解為OH的速度與溶液中OH-的濃度有關(guān)，即溶液初始pH值對(duì)雙氧水的分解有很大的影響。雙氧水在堿性條件下極不穩(wěn)定，容易分解，在酸性條件下其分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)最高。 pH過高或過低對(duì)有機(jī)物去除均不利，因?yàn)榇呋^氧化氫分解的鐵的有效形式(xngsh)是Fe(O2H)2+、Fe(OH)2+，其在pH25的范圍內(nèi)濃度較高。溶液的pH值 2.3 Fenton試劑的影響因素第12頁/共28頁第十三頁，共28頁。Page -14-2.3 Fenton試劑(shj)的影響因素 采用Fenton試劑處理廢水的有效性和經(jīng)濟(jì)性主要取決于雙氧水的投加量。現(xiàn)有文獻(xiàn)(wnxin)提及：隨

8、著過氧化氫用量的增加，氧化效率(O.E)值下降，這可能和副反應(yīng)的發(fā)生有關(guān)。當(dāng)過氧化氫用量較高時(shí)，使得過氧化氫發(fā)生無效分解從而降低了氧化效率。H2O2投加量 保持H2O2的總投加量不變，將H2O2均勻地分批投加，可提高廢水的處理效果。其原因是H2O2分批投加時(shí)，H2O2/Fe2+相對(duì)降低，即催化劑濃度相對(duì)提高，從而使H2O2的OH產(chǎn)率增大，提高了H2O2的利用率，進(jìn)而(jn r)提高了總的氧化效果。H2O2投加方式第13頁/共28頁第十四頁，共28頁。Page -15-2.4 Fenton試劑(shj)的演變21類Fenton試劑 光-Fenton試劑(shj) 有研究(ynji)表明,利用Fe

9、()鹽溶液、可溶性鐵以及鐵的氧化礦物(如赤鐵礦、針鐵礦等)同樣可使H2O2催化分解產(chǎn)生OH，達(dá)到降解有機(jī)物目的，以這類催化劑組成的Fenton試劑，稱為類Fenton試劑。 把光引進(jìn)Fenton試劑可以克服普通Fenton試劑的缺點(diǎn)，稱為光-Fenton試劑，分為UV-Fenton試劑、UV-vis/H2O2草酸鐵絡(luò)合物法和UV-TiO2/Fenton試劑。第14頁/共28頁第十五頁，共28頁。Page -16-3電-Fenton試劑(shj) 電-Fenton 氧化法是把通過電化學(xué)法產(chǎn)生的H2O2和Fe2+作為Fenton試劑的持續(xù)來源。與普通Fenton試劑和光-Fenton 試劑相比，具

10、有以下優(yōu)點(diǎn)： 自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制完善； 有機(jī)物降解的因素多，除OH 的氧化作用外，還有陽極氧化、電吸附等； 噴灑在陰極上的氧氣或空氣可提高(t go)反應(yīng)溶液的混合作用； Fe2+可由陰極再生，污泥產(chǎn)量少。 第15頁/共28頁第十六頁，共28頁。Page-17-3 Fenton試劑(shj)在廢水處理4 中的應(yīng)用 第16頁/共28頁第十七頁，共28頁。Page -18- 張嫻嫻等對(duì)重慶鋼鐵基團(tuán)焦化廠實(shí)際生產(chǎn)廢水(fishu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：在常溫25下，pH= 3.0,反應(yīng)持續(xù)時(shí)間5min，氧化劑投加量H2O2/ CODCr= 2:12，F(xiàn)e2+的投加量Fe2+/H2O2=15:1

11、，2次投加H2O2時(shí)，F(xiàn)enton法氧化降解處理焦化廢水(fishu)達(dá)到最佳處理效果，CODCr從2480 mg/L降至295mg/L，酚從800mg/L降至84mg/L，去除率分別為88.12%，89. 45%。 3.1 Fenton 試劑處理焦化(jiohu)廢水 焦化廢水是焦化廠在焦炭煉制、煤氣凈化及產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的廢水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復(fù)雜，污染物濃度(nngd)高、色度高、毒性大，性質(zhì)非常穩(wěn)定，是一種典型的難降解有機(jī)廢水。 第17頁/共28頁第十八頁，共28頁。Page -19- 武建軍等采用 Fenton 試劑對(duì)焦化廢水 SBR

12、處理后的出水進(jìn)行(jnxng)后續(xù)氧化處理，當(dāng)氧化劑 H2O2 投加量為1.67mL/L，F(xiàn)eSO47H2O 的投加量為1.67g/L，廢水的初始pH值為6.5，靜置氧化時(shí)間4h時(shí)，F(xiàn)enton氧化達(dá)到最佳處理效果，CODCr從 481.1mg/L 降至246.7mg/L，去除率為48.72。 3.1 Fenton 試劑(shj)處理焦化廢水 王春敏等對(duì)某焦化廠生化處理前的廢水進(jìn)行Fenton試劑活性炭吸附處理研究，該廢水的pH值約為7.2，COD為1935 mg/ L，結(jié)果表明：Fenton試劑-活性炭吸附工藝處理焦化廢水的最佳(zu ji)操作條件為：Fenton試劑氧化階段H2O2投加量

13、為55 mmol/L，F(xiàn)e2+ / H2O2 =1:10，初始pH=3；活性炭吸附階段活性炭投加量為2.5 g/ L，pH= 3，吸附時(shí)間30min。在此操作條件下，焦化廢水COD降至48mg/L，去除率達(dá) 97. 5 %。第18頁/共28頁第十九頁，共28頁。Page -20-3.2 Fenton 試劑處理(chl)含油廢水 含油廢水成分較復(fù)雜，不僅含油濃度(nngd)高，且常溶有大量的苯類、酚類、腐殖酸類和多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物，難于生物降解。 鐘萍等通過采用(ciyng)Photo-Fenton方法，以500W高壓汞燈為光源，對(duì)含煤油廢水進(jìn)行處理研究，結(jié)果表明，油類去除率達(dá)到75%。 祁佩

14、時(shí)等以Fenton試劑為氧化劑對(duì)稠油石化廢水進(jìn)行處理，研究表明，當(dāng)Fenton試劑氧化的初始條件為質(zhì)量比(H2O2/COD) R=1.52，摩爾比(H2O2/Fe2+)M=10:1，初始pH=3，時(shí)間為60 min，氧化溫度T=25時(shí), 氧化后COD由89.2mg/L降至34.0 mg/L，去除效率為62.00%。 劉建偉等采用Fenton試劑對(duì)發(fā)酵甘油生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理研究，通過處理后廢水的COD由13500mg/L 降至4030mg/L，可生化性由0.202提高到0.568。 第19頁/共28頁第二十頁，共28頁。Page -21-3.3 Fenton 試劑處理(chl)農(nóng)藥廢水 農(nóng)藥廢水污

15、染物濃度較高，COD量大，含有殺蟲劑、除草劑、有機(jī)氯農(nóng)藥和有機(jī)磷農(nóng)藥等，由于其中含有酚、砷、汞等有毒物質(zhì)以及許多生物難以降解的物質(zhì)，使其具有毒性(d xn)大、有惡臭氣味以及對(duì)人的呼吸道和粘膜有刺激性等特點(diǎn)。 孫紅文等采用 Fenton 試劑和Photo-Fenton對(duì)2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)進(jìn)行降解試驗(yàn)(shyn)，在 2,4-D 質(zhì)量濃度為 200mg/L、H2O2質(zhì)量濃度為 200mg/L、Fe2+質(zhì)量濃度為 40 mg/L、pH值 為 3.5、反應(yīng)時(shí)間為 10min 條件下，2,4-D 降解率為 85%，水樣的 TOC去除率為 80%；在 Photo-Fenton 作用下，H

16、2O2質(zhì)量濃度為100mg/L，F(xiàn)e2+質(zhì)量濃度為 20mg/L，pH 為 3.5，反應(yīng)時(shí)間為60min，可達(dá)到與Fenton 試劑相同的處理效果。第20頁/共28頁第二十一頁，共28頁。Page -22-3.4 Fenton 試劑處理(chl)制藥廢水 制藥廢水成分復(fù)雜、毒性大、色度深，常含有大量的生物抑制劑，而且廢水水質(zhì)(shu zh)、水量波動(dòng)較大，是處理難度較大的工業(yè)廢水之一。 M. Ravina 等以400W高壓(goy)汞燈為光源，采用Photo-Fenton對(duì)含雙氯芬酸止痛藥廢水進(jìn)行處理研究，在適宜的試驗(yàn)條件下，水樣的TOC去除率達(dá)到100%。 黃永輝等采用 Fenton 試劑處

17、理含咪唑酮、羥基吡嗪、氯乙酰胺及長(zhǎng)鏈亞胺類化合物等雜環(huán)類制藥廢水，也取得了顯著的成果，將廢水的可生化性由0.1 提高到 0.6。第21頁/共28頁第二十二頁，共28頁。Page -23-3.5 Fenton 試劑處理印染(ynrn)廢水紡織印染廢水具有色度高，COD 高和排放量大等特點(diǎn)，尤其在化纖生產(chǎn)、紡織、印染加工過程中，大量用到表面活性劑、助劑、油劑、漿料、樹脂和染料，使紡織廢水 COD 越來越高，而這些合成物質(zhì)難于被生化降解。其中多數(shù)染料分子是以苯環(huán)為核心的稠環(huán)、雜環(huán)結(jié)構(gòu)，屬于高度穩(wěn)定的大分子有機(jī)物，其中的硝基和胺基等基團(tuán)具有較大的生物毒性和致癌性。目前印染廢水處理(chl)廠普遍采用物

18、化生化二級(jí)處理(chl)工藝，處理(chl)后出水的色度均較高，直接排放會(huì)給環(huán)境帶來危害。第22頁/共28頁第二十三頁，共28頁。Page -24-王利平等采用Fenton試劑對(duì)常州市某印染廢水處理廠的二沉池進(jìn)行深度處理，在pH=6，H2O2/Fe2+=0.8，F(xiàn)e2+投加量為1.0g/L，反應(yīng)時(shí)間為3h的條件下，研究了Fenton試劑對(duì)COD、TP、TN、NH3-N和色度(s d)的去除效果。3.5 Fenton 試劑(shj)處理印染廢水項(xiàng)項(xiàng) 目目原原 水水出出 水水DB32/1072-2007限值限值去除率去除率COD (mg/L)83.213.125084%TP (mg/L)1.130.280.575%TN (mg/L)19.0613.911527%NH3-N (mg/L)0.350.19546%色度色度/倍倍4884083%注：DB32/1072-2007太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)(gngy)行業(yè)主要水污染物排放限值第23頁/共28頁第二十四頁，共28頁。Page-25-4 展 望第24頁/共28頁第二十五頁，共28頁。Page -26-以太陽光和可見光為光源的Photo-Fenton法，充分利用(lyng)太陽光，可有效地節(jié)約能源和降低處理成本；電-Fenton法不需要外在提供