【芬頓高級(jí)氧化技術(shù)在污水處理技術(shù)中的應(yīng)用9200字（論文）】

芬頓高級(jí)氧化技術(shù)在污水處理技術(shù)中的應(yīng)用摘要隨著城市進(jìn)程的逐步加速，人們的生活質(zhì)量不斷提高，人口增加，需要大量的水資源。目前中國(guó)的水資源已經(jīng)擴(kuò)大，現(xiàn)在中國(guó)的水資源短缺400億立方米，年干旱面積200萬?260萬平方公里，全國(guó)有700萬人飲水困難。面對(duì)缺水，水循環(huán)可以有效緩解這個(gè)問題。城市污水深度處理是水資源循環(huán)利用中最有效的一部分。城市污水處理的深度是通過物理，化學(xué)和生物學(xué)方法將人類污水排放到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)過程。城市污水處理，同時(shí)確保水循環(huán)，提高水資源的質(zhì)量和純度。水資源天然自然，有利于生態(tài)平衡和自然流通。本實(shí)驗(yàn)主要基于動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，靜態(tài)單因素試驗(yàn)和理論工程應(yīng)用，輔以定性分析和定量分析。通過一系列水質(zhì)檢測(cè)分析，室內(nèi)模擬試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)對(duì)比研究等方法，探索最佳水處理工藝和凈化機(jī)理，為工程應(yīng)用提供科技指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：芬頓；生物活性炭；處理；生活污水AbstractWiththegradualaccelerationoftheurbanprocess,people'squalityoflifecontinuestoincrease,thepopulationincrease,theneedforalotofwaterresources.Atpresent,China'swaterresourceshavebeenwidened,andnowChina'swatershortageof40billioncubicmeters,theannualdroughtareaof2millionto2.6millionsquarekilometers,thecountryhas7millionpeopledrinkingwater.Thefaceofwatershortages,watercyclecaneffectivelyalleviatethisproblem.Thedeeptreatmentofurbansewageisthemosteffectivepartofwaterresourcesrecycling.Thedepthofurbansewagetreatmentisthroughthephysical,chemicalandbiologicalmethodstodischargehumansewagetothenationalstandardprocess.Urbansewagetreatment,whileensuringthewatercycle,improvethequalityandpurityofwaterresources.Waterresourcesnaturalandnatural,isconducivetoecologicalbalanceandnaturalcirculation.Thisexperimentismainlybasedondynamicexperiment,staticsinglefactortestandtheoreticalengineeringapplication,supplementedbyqualitativeanalysisandquantitativeanalysis.Throughaseriesofwaterqualitytestingandanalysis,indoorsimulationtest,dynamiccontrastresearchandothermethodstoexplorethebestwatertreatmentprocessandpurificationmechanismforengineeringapplicationstoprovidescientificandtechnicalguidance.Keywords:Fenton;Biologicalactivatedcarbon;Deal;Domesticsewage目錄1引言 芬頓-生物活性炭處理生活污水研究1引言水是人類生活和生產(chǎn)不可缺少的資源，是人類最寶貴的財(cái)富。它是世界上的氫和氧的組成，生命進(jìn)化的最純凈的物質(zhì)起著最重要的作用。隨著工業(yè)化的進(jìn)程，水中的水滿足了自身的需要，水資源的破壞和濫用也開始了。據(jù)“住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2015”數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)城市供水總量近500億立方米，城市污水排放量為360億立方米。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，大量未經(jīng)處理或未經(jīng)處理的城市污水直接排入江河湖泊，造成水污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)目前的城市污水排放量增加了平均5%的年增長(zhǎng)率，在1999首次超過工業(yè)廢水排放量，已成為一個(gè)主要源河流水污染。因此，生活污水的管理成為當(dāng)務(wù)之急。城市污水深度處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)中水回用的發(fā)展具有重要意義。經(jīng)過深水處理后，可以再次回到城市，用于人類生活、生產(chǎn)、節(jié)約水資源。人類生產(chǎn)、生活改變的先進(jìn)廢水處理技術(shù)。目前的處理技術(shù)已經(jīng)能夠滿足飲用水處理后的標(biāo)準(zhǔn)，但人類不能克服飲用水的心理障礙。要想重復(fù)利用城市污水作為飲用水的深度處理，大部分的水處理工作者還有很長(zhǎng)的路要走。2生活污水處理的方法城市污水處理的深度不等于污水三級(jí)處理，三級(jí)處理只能在二次處理后進(jìn)行，提高水質(zhì)的過程。深度處理是根據(jù)水處理水平，無論是幾個(gè)處理過程，只要水質(zhì)較好的深度處理。吸附法、化學(xué)沉淀法、高級(jí)氧化法、生物法和人工濕地法可作為城市污水深度的處理工藝。本節(jié)重點(diǎn)介紹吸附方法，先進(jìn)的氧化和生物學(xué)方法進(jìn)行誘導(dǎo)分析。2.1吸附法吸附法是利用吸附劑巨大的表面積和吸附吸附物對(duì)吸附表面的吸附過程。吸附劑的孔隙率和比表面積決定了吸附劑的吸附性能。吸附劑的孔隙率差別很大，比表面積也很大。因此，同一吸附劑的外觀看起來像吸附性能相差很遠(yuǎn)?，F(xiàn)在越來越多的吸附劑是膨潤(rùn)土，飛灰，綠坡縷石，沸石，鋼渣，礦渣，火山巖等材料，原來的吸附劑的修改和處理，高效吸附劑的使用也比較普遍?；钚蕴孔鳛橐环N優(yōu)良的吸附劑，由于其獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)和表面活性官能團(tuán)，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸堿，能承受高溫、高壓水等，人們?cè)谒幚碇邪l(fā)揮著越來越重要的作用。然而，活性炭的存在對(duì)吸附具有較高的靈敏度和較高的再生成本。因此，微生物降解微生物的作用和活性炭對(duì)廢水的吸附處理，即生物活性炭法。它包括生物降解和活性炭吸附過程，不僅延長(zhǎng)了活性炭的吸附時(shí)間，而且提高了活性炭的吸附效果。這已被廣泛關(guān)注。目前，世界上許多國(guó)家都采用了這項(xiàng)新技術(shù)，尤其是歐美。公司在中國(guó)使用的技術(shù)，如北京毛紡廠，采用生物活性炭處理染料廢水。吸附方式能耗低，操作方便，操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。活性炭是污水處理中最常見的吸附劑。該方法可有效去除水中的COD和UV254，地下水補(bǔ)給水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。加氯消毒的城市污水處理廠尾水，有各種有機(jī)氯化物。尾水中有機(jī)氯化物活性炭污水處理廠深度處理，粉狀活性炭在天然尾水pH范圍內(nèi)具有較高的吸附能力。廢水處理氨氮，經(jīng)過兩次處理，即使有些不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，二次氨吸附法的先進(jìn)處理，一些國(guó)家已經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐。張青東認(rèn)為，吸附法是低濃度氨氮廢水中的懸浮固體濃度，和之前的吸附去除，排除其他因素。劉喬在合肥兩個(gè)污水處理廠檢測(cè)磷，發(fā)現(xiàn)磷含量很少達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。沸石A在合肥的制備，污水處理廠，兩個(gè)污水處理磷處理深度，沸石磷吸附效果好，可以達(dá)到中國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)。2.2生物法廢水中含有大量的無機(jī)污染物（如氨氮、磷、重金屬離子等）和有機(jī)污染物（如COD、BOD、等），這些污染物的微生物，以維持其生理需要，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝入。生物方法是利用大量的微生物甚至過量攝入這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些污染物在它們的消費(fèi)或儲(chǔ)存中，從而達(dá)到去除水中污染物的目的。2.3活性污泥法活性污泥法是一種基于活性污泥的污水生物處理技術(shù)。該法于20世紀(jì)90年代初在曼徹斯特市實(shí)施，目前國(guó)內(nèi)大部分城市污水處理廠均采用活性污泥生物處理技術(shù)。經(jīng)過近100年的探索和研究，活性污泥法也用于生產(chǎn)各種不同的操作模式的特點(diǎn)，在水處理位置活性污泥的增長(zhǎng)。2.4氧化法在北京某水廠采用傳統(tǒng)的活性污泥法，沿池內(nèi)均勻推進(jìn)曝氣。該方法可達(dá)到90%以上BOD去除率，并能達(dá)到較高的處理水質(zhì)和明顯的脫氮除磷。缺點(diǎn)是法律占地大，不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)傳統(tǒng)活性污泥法的原理，氧化是幾種活性污泥法。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，氧化法較傳統(tǒng)活性污泥法能更快地提高微生物的生長(zhǎng)速率。該方法在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速。吸附生物降解法結(jié)合傳統(tǒng)的兩段活性污泥法和高負(fù)荷活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，是分為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，A和B的方法具有抵抗負(fù)荷和pH法可以分階段為了減輕財(cái)政負(fù)擔(dān)能力的變化。SBR工藝是間歇式活性污泥法在反應(yīng)罐中進(jìn)行水、曝氣、反應(yīng)、沉淀和排水的過程。該方法簡(jiǎn)單，易于操作。這是一種廣泛使用的污水處理方法。然而，活性污泥法是不適合低濃度廢水。臭氧生物活性炭的成功應(yīng)用為水處理研究提供了更多的研究空間，并產(chǎn)生了各種先進(jìn)的氧化、高效吸附和生物膜組合水處理工藝。該方法具有CODCr去除率高的優(yōu)點(diǎn)，NH3-N和TP，可用于城市二級(jí)污水深度處理。本發(fā)明可以解決用雙氧水難以制備臭氧的問題，操作更簡(jiǎn)單。基于臭氧的生物沸石是基于對(duì)臭氧-活性炭工藝的深入了解。臭氧生物沸石比臭氧生物活性炭更經(jīng)濟(jì)，處理的目標(biāo)產(chǎn)品不同于臭氧生物活性炭。臭氧生物沸石對(duì)水中COD，NH3-N，TP和鐵錳去除的影響可以通過富含水中的富營(yíng)養(yǎng)化和微量污染的金屬離子進(jìn)行有效的處理。3.芬頓高級(jí)氧化技術(shù)在污水處理技術(shù)中的應(yīng)用3.1芬頓氧化技術(shù)機(jī)理1894、H.J.H.神經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用兩價(jià)鐵和過氧化氫（即芬頓試劑）處理廢水和污水中各種有機(jī)污染物的氧化。芬頓試劑的強(qiáng)氧化性有效地破壞了有機(jī)分子結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過程主要是由于亞鐵離子可以催化過氧化氫反應(yīng)生成強(qiáng)氧化的OH基，三價(jià)鐵離子具有催化作用，可以催化反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化官能團(tuán)，這些官能團(tuán)對(duì)于有毒物質(zhì)較難處理，可以達(dá)到較好的處理效果。Fe2++H2O2OH-→+OH+Fe3+（1）Fe3++H2O2→Fe-OOH2++H+（2）.OH+H2O2→HO2-+H2O（3）Fe2++H2O→Fe-OOH2+（4）Fe3++O2-→Fe2+O2（5）.OH+HO2→H2O+O2（6）.OH+O2→OH-+O2（7）.OH-+OH→H2O2（8）3.2芬頓氧化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用通過回顧文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)芬頓氧化技術(shù)廣泛應(yīng)用于生活污水處理。李長(zhǎng)軍等研究芬頓試劑和活性炭對(duì)生活污水的處理，通過改變反應(yīng)溫度，時(shí)間，芬頓試劑用量和污水對(duì)反應(yīng)的影響，活性炭吸附過程研究活性炭用量和廢水價(jià)值等因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種方法的結(jié)合對(duì)生活污水處理有顯著影響，反映了水污染指標(biāo)顏色，氨氮和COD去除率均在80％甚至90％以上。謝誠等主要研究使用芬頓法對(duì)生活污水進(jìn)行預(yù)處理，測(cè)量了水污染指標(biāo)和原水進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明：芬頓氧化法可有效去除生活污水中有毒物質(zhì)如揮發(fā)酚和化學(xué)需氧量，一些復(fù)雜的大分子復(fù)合物在功能基團(tuán)的強(qiáng)氧化下可生物降解處理的中間產(chǎn)物，其次是生物學(xué)方法繼續(xù)清洗。劉浦等第二沉淀池前用芬頓氧化法進(jìn)行預(yù)處理，然后用凝結(jié)沉淀深度凈化，通過改變芬頓試劑，凝結(jié)劑使用量，混合時(shí)間和廢水pH值對(duì)H2O2的用量，采用芬頓試劑氧化-凝結(jié)沉淀法研究了Fe2+/H2O2（物質(zhì)比），PFS（硫酸鐵聚合）對(duì)焦化廢水和生化處理的影響。時(shí)間到化學(xué)需氧量和消除有機(jī)碳的結(jié)果，按照實(shí)際要求調(diào)整適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)參數(shù)和COD去除效果，并確定適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件。研究表明，去除污染物符合國(guó)家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。3.3芬頓氧化技術(shù)存在的問題雖然芬頓氧化可以有效去除水中的有機(jī)物，但存在一些問題：首先，因?yàn)榉翌D反應(yīng)必須在酸性環(huán)境和高酸性環(huán)境下進(jìn)行，值越高，調(diào)節(jié)pH值越高，實(shí)際成本。另一點(diǎn)是芬頓在反應(yīng)結(jié)束后，水中仍然存在較高濃度的鐵離子需要進(jìn)一步去除，實(shí)際使用成本高。因此，芬頓氧化深度處理技術(shù)更適合低濃度污染物，污染水質(zhì)較差。鑒于上述情況，使用芬頓試劑預(yù)處理污水后，使用活性炭繼續(xù)吸附其余污染物在水中，不僅可以去除水中的污染物，還可以將芬頓氧化過程中過量的鐵離子也吸出了。而活性炭也可以增加羥基周圍的有機(jī)物的濃度，去除水中的污染物質(zhì)。因此，本文決定研究芬頓與活性炭處理生活污水技術(shù)方案的結(jié)合，達(dá)到理想的治療效果。4芬頓試劑處理生活污水的研究4.1Fenton試劑最佳反應(yīng)條件的確定4.1.1反應(yīng)溫度對(duì)COD去除率的影響Fe2+的用量為64mgFe2+/L廢水，H2O2為300mgH2O2/L反應(yīng)體系的初始pH值為5，反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為90min。芬頓試劑降解COD實(shí)際上是化學(xué)反應(yīng)過程。對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物分子的動(dòng)能增加，反應(yīng)速率隨反應(yīng)溫度的增加而增加。然而，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)體系，溫度的升高不僅會(huì)加速主反應(yīng)或正反應(yīng)的速度，而且還會(huì)加速副作用或不良反應(yīng)。芬頓試劑對(duì)反應(yīng)溫度和COD降解的影響如圖4.1所示。在低溫階段，芬頓試劑在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)COD的降解率有積極的影響。然而，當(dāng)溫度超過70℃時(shí)，升溫不利于COD的降解。對(duì)于芬頓系統(tǒng)，適當(dāng)?shù)臏囟瓤梢约铀俜磻?yīng)，激活自由基，過高的溫度會(huì)迅速分解與H2O2和失去芬頓氧化。圖4.1反應(yīng)溫度對(duì)COD去除率的影響較高的溫度對(duì)去除有機(jī)物非常有利，但對(duì)于實(shí)際的污水處理，溫度不容易達(dá)到，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)將在30攝氏度或攝氏20度的溫度下使用。4.1.2初始pH值對(duì)COD去除率的影響反應(yīng)溫度為30℃，H2反應(yīng)溫度為30℃，H2O2用量為300mgH2O2/L廢水，F(xiàn)e2+用量為64mgFe2+/L廢水，反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為90min。芬頓試劑在酸性條件下是有活性的。在中性或堿性條件下，F(xiàn)e2+不能催化H2O2產(chǎn)生?OH，因?yàn)镕e2+在溶液中水解：Fe2++2H2O→Fe(OH)2+2H+(9)通過影響溶液中Fe2+的存在，PH值影響芬頓試劑的氧化降解。pH對(duì)COD去除的影響如圖4.2所示?？梢钥闯?，在pH4左右，芬頓試劑的COD去除率最高。根據(jù)經(jīng)典的芬頓試劑反應(yīng)理論，pH值的增加不僅抑制了OH的產(chǎn)生，而且還使一些Fe2+和Fe3+以氫氧化物的形式沉淀，并喪失了催化能力。當(dāng)pH值太低時(shí)，F(xiàn)e3+不能成功還原成Fe2+，催化反應(yīng)也被阻斷。因此，pH值實(shí)際上受Fe2+，F(xiàn)e3+復(fù)合平衡體系的影響，從而影響芬頓試劑氧化COD的能力。圖4.2pH值對(duì)COD去除率的影響但研究發(fā)現(xiàn)，即使初始系統(tǒng)pH值為7，反應(yīng)時(shí)間一定，反應(yīng)體系發(fā)現(xiàn)pH值下降，這與Fe2+的水解有關(guān)。在H2O2氧化后，F(xiàn)e3+的水解可以降低Fe3+形成后的pH值。使用鐵離子來降低pH值的水解，可以減少酸的用量，具有非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。盡管最佳初始pH為4，但考慮到鐵離子的水解，最適pH為5。此外，實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)過程中，導(dǎo)致大量絮凝沉淀，pH值越高，沉淀越多，當(dāng)pH值降至2時(shí)，降水基本全部消失。這與鐵離子的絮凝有關(guān)。4.1.3反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率的影響反應(yīng)溫度為30℃，F(xiàn)e2+為64mgFe2+/L廢水，H2O2用量為300mgH2O2/L廢水，反應(yīng)體系初始pH值為5.芬頓氧化為化學(xué)反應(yīng)過程中，反應(yīng)時(shí)間和溫度互補(bǔ)，會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的程度。反應(yīng)時(shí)間對(duì)芬頓試劑COD降解率的影響如圖1所示。90分鐘前COD去除率逐漸升高，基本呈線性關(guān)系；90分鐘后，COD去除率提高，速度和振幅相對(duì)較小。一段時(shí)間后，大部分H2O2被消耗，OH產(chǎn)生量減少。同時(shí)可以生產(chǎn)難以被OH氧化的中間體，這使得難以進(jìn)一步提高COD去除率。如果COD進(jìn)一步降解，則必須通過改變反應(yīng)條件，引入催化劑或其它效果來實(shí)現(xiàn)。圖4.3反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率的影響通過上述實(shí)驗(yàn)，使用芬頓試劑處理生活污水的二次污水。當(dāng)Fe2+用量為64mgFe2+/L廢水時(shí)，H2O2的用量為300mgH2O2/L廢水，反應(yīng)體系的初始pH值為5，反應(yīng)時(shí)間為30℃時(shí)90min，COD去除率可達(dá)50％。4.1.4Fe2+投加量對(duì)COD去除率的影響反應(yīng)溫度為30℃，H2O2用量為300mgH2O2/L廢水，反應(yīng)體系的初始pH值為5，反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為90min。?OH是芬頓系統(tǒng)中有機(jī)物氧化降解的關(guān)鍵，F(xiàn)e2+是催化OH形成的必要條件。在沒有Fe2+的情況下，H2O2難以分解生成OH；當(dāng)Fe2+濃度低時(shí)，氧化速度極慢，生產(chǎn)量非常低。芬頓試劑的氧化有限。當(dāng)Fe2+過量時(shí)，H2O2迅速氧化成Fe3+，同時(shí)消耗，增加了水的顏色。去除率沒有增加。從圖3-4可以看出，當(dāng)Fe2+的用量約為64mgFe2+/L廢水時(shí)，芬頓試劑的COD去除率最高。此外，隨著Fe2+用量的增加，反應(yīng)體系和流出物的p值和H值也降低，這是由Fe2+和Fe3+的水解引起的。由于NaOH的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Fe2+的價(jià)格，如果Fe2+的用量增加可以降低反應(yīng)體系的pH值，并確保一定的COD去除率，則可以節(jié)省添加NaOH大大降低污水處理成本。圖4.4Fe2+投加量對(duì)COD去除率的影響4.1.5H2O2投加量對(duì)COD去除率的影響使用芬頓試劑處理廢水的有效性和經(jīng)濟(jì)性主要由加入過氧化氫的量決定。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，通過理論計(jì)算沒有經(jīng)驗(yàn)來粗略地確定劑量。H2O2分子在真實(shí)氧化中只有一個(gè)O原子，而廢水CODcr相當(dāng)量的H2O2（H2O2的理論當(dāng)量E）可以由（10）計(jì)算。通常實(shí)際使用量比理論量多得多，但我們可以先估計(jì)一個(gè)范圍。E=×（10）反應(yīng)溫度為30℃，F(xiàn)e2+用量為64mgFe2+/L廢水，反應(yīng)體系的初始pH值為5，反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為90min。H2O2給藥對(duì)COD去除的影響如圖4.5所示。隨著H2O2用量的增加，COD去除率先增加后基本不變，略有下降。當(dāng)H2O2濃度低時(shí)，產(chǎn)生的OH量隨其用量的增加而增加，F(xiàn)enton試劑的氧化降解能力提高。當(dāng)H2O2處于高濃度時(shí)，過量的H2O2不能使Fenton反應(yīng)。體系產(chǎn)生大量的OH，但一開始它被快速氧化成Fe2+（κ2=53L（mol·s）-1）。氧化反應(yīng)在Fe3+的氧化下進(jìn)行，其消耗了H2O2，OH的產(chǎn)生降低了Fenton系統(tǒng)的氧化降解。同時(shí)，在一定程度上減少過量H2O2也會(huì)影響污水的COD值。最佳H2O2用量為300mg/L廢水。圖4.5H2O2投加量對(duì)COD去除率的影響4.2Fenton-活性炭最佳反應(yīng)條件的確定根據(jù)以前的研究，可以看出，單獨(dú)的芬頓試劑對(duì)廢水進(jìn)行氧化，最高COD去除率為67.8％，處理COD為74mg/L，《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996））二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件如下：pH值為5，H2O2用量為300mgH2O2/L廢水，F(xiàn)e2+用量為64mgFe2+/L廢水，30℃反應(yīng)5小時(shí)（或70℃以上）1.5小時(shí)）。芬頓試劑最大化氧化作用，pH值和溫度等外部條件是必需的，部分酸度和適當(dāng)?shù)母邷赜欣诜翌D試劑的降解。但是，在實(shí)際的廢水處理過程中，難以改變廢水的溫度，因?yàn)槲鬯幚沓杀具^高;由于停留時(shí)間直接決定了廢水處理設(shè)施的尺寸，所以也不太可能使用更長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。我們希望在芬頓試劑的情況下確保污染物的降解率在這種情況下，反應(yīng)可以在溫和的條件下進(jìn)行，而越短越好，也就是在不利條件下可能會(huì)污染物的降解。然而，在常溫條件下，即在20℃下，pH值為5，H2O2的用量為300mgH2O2/L廢水，F(xiàn)e2+的用量為64mgFe2+/L廢水，COD廢水反應(yīng)2h后為133mg/L，去除率約42％。不符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）的主要排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，后者主要研究將其他催化劑引入芬頓系統(tǒng)，或與其他技術(shù)相結(jié)合，在不利條件下將污染物降解到一定程度?；钚蕴烤哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，在廢水處理的深度方面受到眾多專家學(xué)者的青睞。在芬頓試劑反應(yīng)體系中，引入粉狀活性炭，可用作催化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，還可通過吸附除去部分COD，還可增強(qiáng)Fe3+的絮凝。4.2.1同時(shí)進(jìn)行活性炭吸附和Fenton試劑氧化反應(yīng)開始時(shí)，投入活性炭和芬頓試劑，使吸附和氧化同時(shí)，充分利用活性炭吸附，催化作用。pH值為7，F(xiàn)e2+用量為80mgFe2+/L廢水，H2O2用量為180,300,420mgH2O2/L廢水，一定量粉末活性炭為50mg/L，100mg/L，150mg/L，200mg/L，250mg/L，300mg/L，反應(yīng)在20℃的溫度下進(jìn)行2小時(shí)。測(cè)量水中的COD，結(jié)果如圖4.6所示。圖4.6活性炭投加量對(duì)COD去除率的影響(同時(shí)氧化吸附)總體而言，這種COD去除率高于前兩種方式。當(dāng)H2O2的用量為180mgH2O2/L廢水時(shí)，活性炭的添加量為150mg/L，廢水中的COD可降至79mg/L，去除率為65.8％。當(dāng)H2O2的用量為300mgH2O2/L時(shí)，活性炭用量為50mg/L，廢水中的COD可降至72mg/L，去除率為68.5％，符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，隨著活性炭用量的增加，COD去除率也提高。在這樣一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)體系中，芬頓試劑可以產(chǎn)生以下兩個(gè)方面的作用：①氧化作用這種氧化從反應(yīng)開始到結(jié)束都會(huì)持續(xù)，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，有機(jī)物的濃度降低，氧化速率降低。氧化將一些有機(jī)物氧化成水和二氧化碳，或?qū)⒁恍┐蠓肿臃纸獬尚》肿?。②絮凝作用在反?yīng)過程中，部分Fe2+被氧化成Fe3+。Fe3+可以形成單體Fe（OH）2+，F(xiàn)e（OH）2+和多核成分Fe2（OH）24+，F(xiàn)e3（OH）45+等復(fù)合物或復(fù)合物，使Fe（OH）3沉淀。這些物質(zhì)可以使剩余的大分子膠體材料凝結(jié)并沉淀在廢水中?；钚蕴坑幸韵滤姆矫娴淖饔茫孩傥阶饔没钚蕴渴褂闷涓鞣N孔，特別是微孔，在廢水中產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)的物理吸附。②催化作用據(jù)報(bào)道，活性炭對(duì)芬頓試劑的氧化具有催化作用。③載體作用提供Fenton試劑的氧化載體，類似于生物膜過程中的填料。④助凝作用我們已經(jīng)提到，凝結(jié)效應(yīng)受到水中懸浮固體濃度的影響。添加粉末狀活性炭可增加凝結(jié)水解液的凝固中心，提高顆粒碰撞的可能性，增加絮體密度。芬頓試劑和活性炭同時(shí)添加到廢水中，這些效應(yīng)將同時(shí)發(fā)生，比批量給藥更強(qiáng)。如果廢水中的大部分大分子被氧化成小分子物質(zhì)，則必須削弱Fe3+的凝結(jié)。如果首先吸附再氧化，廢水中有機(jī)物的濃度會(huì)降低，這將不可避免地影響氧化速率。還會(huì)削弱Fe3+的凝血作用。綜合比較，采用同時(shí)氧化，吸附法不僅對(duì)COD具有良好的去除效果，而且可以節(jié)省劑量的用量。由于這些條件下COD去除率相對(duì)較高，我們希望縮短污水處理設(shè)施規(guī)模的時(shí)間。（30分鐘，40分鐘，60分鐘，80分鐘，100分鐘，130分鐘）；30分鐘，40分鐘，80分鐘，100分鐘，130分鐘，其中），然后加入一定量的活性炭50mg/L，100mg/L測(cè)量COD在水中，結(jié)果如圖4.7所示?；钚蕴緾OD去除率為50mg/L，反應(yīng)時(shí)間為120min時(shí)COD去除率為68.5％。如果活性炭用量增加到100mg/L，80分鐘COD去除率可達(dá)62.7％，綜合排放標(biāo)準(zhǔn)“排放標(biāo)準(zhǔn)”可以看出，活性炭的增加量可以減小廢水處理設(shè)施，但由于活性炭成本高，運(yùn)營(yíng)成本將會(huì)上升，最終應(yīng)以廢水的具體規(guī)模為依據(jù)，經(jīng)濟(jì)比較可能是對(duì)于特別緊張的土地的工廠通過增加活性炭的數(shù)量可以減少污水處理設(shè)施的規(guī)模，對(duì)于土地資源相對(duì)較豐富的工廠，可以增加處理設(shè)施的規(guī)模，減少活性炭用量，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。圖4.7反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率的影響(先氧化再吸附)4.2.2單純活性炭吸附對(duì)廢水的處理我們知道活性炭具有很強(qiáng)的吸附效果，廣泛應(yīng)用于水處理，只有其吸附常常能夠滿足要求。為了說明芬頓試劑和活性炭的組合效果優(yōu)于芬頓試劑或單獨(dú)的活性炭，實(shí)施了活性炭吸附實(shí)驗(yàn)。添加0.1g/L，0.2g/L，0.3g/L，0.5g/L，0.8g/L，1.0g/L，1.5g/L，2.0g/L活性炭等相同量的廢水，反應(yīng)30分鐘后過濾，測(cè)定COD的COD值，結(jié)果如圖4.8所示。對(duì)于相同量的廢水，當(dāng)活性炭用量達(dá)到1.5g/L時(shí)，COD去除率可以達(dá)到65％，但當(dāng)芬頓試劑和活性炭組合使用時(shí)，活性炭用量為0.1g/L，80mgFe2+/L廢水，H2O2用量為300mgH2O2/L廢水，反應(yīng)100min，COD去除率可達(dá)63％，故芬頓試劑與活性炭結(jié)合藥物用量的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單活性炭吸附不能比較，但組合使用的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。圖4.8活性炭吸附實(shí)驗(yàn)圖4.9氧化、吸附作用的對(duì)比芬頓試劑和活性炭的組合并不是它們的氧化和吸附的簡(jiǎn)單組合，也就是說，去除COD不是簡(jiǎn)單的添加氧化和吸附去除速率，如圖4.9所示。將芬頓試劑廢水添加到活性炭處理廢水的COD去除率和COD去除率與組合處理廢水進(jìn)行比較。前者比后者小，這表明芬頓試劑和活性炭聯(lián)合過程中，不僅氧化和吸附簡(jiǎn)單加成，它們相互促進(jìn)和影響，使COD的去除更加明顯，而且還表明反應(yīng)體系中，除了Fenton試劑的氧化和活性炭吸附外，還有一些其他的影響（如絮凝）。結(jié)論(1)研究了各種反應(yīng)條件對(duì)工業(yè)廢水二次污水COD去除率的影響。最佳反應(yīng)條件如下：pH值為5，F(xiàn)e2+用量為64mgFe2+/L廢水，300mgH2O2/L污水量，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為2h。如在實(shí)際污水處理過程中，改變污水溫度的成本太高，使用不方便，所以主要研究在30℃。當(dāng)初始pH值為5時(shí)，F(xiàn)e2+的用量為64mgFe2+/L廢水，H2O2的用量為300mgH2O2/L廢水。當(dāng)反應(yīng)溫度為30℃時(shí)，COD去除率為50％，出水COD為約140mg/L，但不符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》排放標(biāo)準(zhǔn)。(2)在芬頓試劑反應(yīng)體系中，引入活性炭，將反應(yīng)條件控制在室溫。廢水的p值未調(diào)整。添加F