Fenton氧化技术

Fenton氧化技术（精选九篇）

Fenton氧化技术 篇1

1 Fenton氧化技术的反应原理

一般认为,Fenton氧化技术的原理是在酸性条件下,H2O2在Fe2+的催化作用下,生成羟基自由基(·OH),反应成的·OH 具有较强的氧化能力,其氧化电位仅次于氟,高达2.80 V;另外,·OH具有很高的电负性或亲电性,电子亲和能力高达569.3 kJ,具有很强的加成反应特性[4];可以无选择性地与绝大多数有机物和多数的无机物发生反应,氧化速率较快,氧化彻底。其详细过程如下:

$\text{F}\text{e}{}^{2+}+\text{Η}{}_2\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\to }\text{F}\text{e}{}^{3+}+\text{Ο}\text{Η}$-+·OH (1)

$\text{F}\text{e}{}^{3+}+\text{Η}{}_2\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\to }\text{F}\text{e}{}^{2+}+\text{Η}\text{Ο}$2+H+ (2)

$\text{F}\text{e}{}^{2+}+\cdot \text{Ο}\text{Η}\stackrel{}{\to }\text{F}\text{e}{}^{3+}+\text{Ο}\text{Η}$- (3)

$\text{F}\text{e}{}^{3+}+\text{Η}\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\to }\text{F}\text{e}{}^{2+}+\text{Ο}{}_2+\text{Η}{}^{+}(4)$

·$\text{Ο}\text{Η}+\text{Η}{}_2\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\to }\text{Η}{}_2\text{Ο}+\text{Η}\text{Ο}{}_2(5)$

$\text{F}\text{e}{}^{3+}+\text{Η}\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\to }\text{F}\text{e}{}^{3+}+\text{Η}\text{Ο}$-2 (6)

$\text{R}\text{Η}+\cdot \text{Ο}\text{Η}\stackrel{}{\to }\text{R}+\text{Η}{}_2\text{Ο}(7)$

$\text{R}+\text{Η}{}_2\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\to }\text{Ο}\text{Η}+$·OH (8)

2 Fenton氧化反应的影响因素

2.1 pH的影响

pH是影响Fenton试剂处理效果的重要因素之一,H2O2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H2O2的分解有很大的影响。在酸性条件下反应(1)中 H2O2生成·OH的反应动力学常数最高。但对不同的工业废水,其适宜的pH范围也不尽相同。如焦化废水,当pH在3～3.5时使用Fenton氧化法处理废水,COD的去除率最高,可以达到72%[5,6];而王立军等[7]在采用Fenton试剂法深度处理垃圾渗滤液时发现,当渗滤液的pH值为8.06时,COD的去除率最高,可以达到81.7%。

2.2 H2O2投加量和n(H2O2)/n(Fe2+)的影响

由反应原理可知,H2O2与Fe2+投加量及二者的摩尔比是影响Fenton氧化效果的重要因素。大量研究结果表明,在一定范围内,随着H2O2浓度的增加,有机物的去除率增加,当去除增加到一定程度后,继续增加H2O2的量,有机物的去除率变化缓慢,并且有降低的趋势。主要是因为发生了副反应,消耗了H2O2并且抑制了·OH的产生,使H2O2无效分解。

n(H2O2)/n(Fe2+)不同,有机物的去除效果也不同。n(H2O2)/n(Fe2+)+较高时,催化H2O2产生·OH的速度和数量都较小,产生的·OH不足以充分氧化有机物;当n(H2O2)/n(Fe2+)较低时,H2O2分解加快,产生的·OH来不及与有机物污染物反应就聚集并反应生成H2O和O2,造成·OH的损耗,致使有机物的去除率下降,同时过量的Fe2+极易被氧化成Fe3+,造成废水色度增加。Gulkaya I 等[8]实验结果表明:n(H2O2)/n(Fe2+)=6时,废水COD去除率最高,n(H2O2)/n(Fe2+)过低或过高都会造成COD去除率下降。

2.3 反应温度的影响

温度对Fenton氧化反应的影响是双向的:适当升高温度,·OH的活性增强,有利于·OH与废水中有机物发生反应,提高COD的去除率;温度过高,会造成H2O2分解为H2O和O2,不利于·OH的生成,降低COD的去除率。研究认为,不同种类废水对温度的要求也不同,如在35 ℃时,焦化废水的去除效果最好[9]。

2.4 反应时间的影响

Fenton氧化法处理难降解废水的一个重要特点就是反应速度快,其氧化污染物的实质是反应中产生的·OH 与污染物发生反应。因此,在Fenton氧化反应中,决定反应时间长短的关键在于催化产生·OH的速率和·OH与污染物接触发生反应的速率。一般而言,在Fenton氧化反应过程中,反应开始阶段,COD去除率随反应时间增大而增大,反应一段时间后,COD去除率接近最大值且基本维持稳定。实验研究表明,Fenton氧化最佳反应时间在1.5～2 h[10]。

3 Fenton氧化技术的研究进展

Fenton氧化技术具有反应速度快,氧化速率高等优点,但也有明显的不足:(1)在大量Fe2+存在的情况下,H2O2利用率不高;(2)对成分复杂的高难度有机废水降解效果不理想;(3)单独使用往往处理费用较高。为弥补以上不足,Fenton氧化法与其他技术的联用得到了极大的发展和研究。这些技术有些是通过增强Fenton氧化过程中羟基自由基的产生或减少羟基自由基的猝灭来提高废水处理能力;有些是加快絮凝过程,提高水处理效果;还有一些是通过降低成本来扩展Fenton氧化技术的应用范围。本文介绍了如下几种联用技术,并对其研究进展进行了追踪报道。

3.1 电-Fenton

电-Fenton氧化的实质是把电化学法产生的Fe2+和H2O2作为Fenton试剂的持续来源。电-Fenton氧化法H2O2利用率高,体系中除了·OH的氧化作用外,还有阳极氧化、电极吸附、电混凝等作用可以对有机物进行降解。电-Fenton氧化法适于处理制革废水等含有难生物降解的有机废水和有毒有机废水。KurtU等[11]研究表明,电-Fenton氧化制革废水时,电能被用于分解有机物,反应后废水中仍含有可被生物降解的有机物,但是硫化物可在10 min内被完全去除。

3.2 光-Fenton

光-Fenton是在Fenton氧化技术的基础上发展的一种新型氧化技术。其反应基本原理和Fenton氧化技术类似,在处理有机污染物的过程中起主要作用的仍是·OH。在光的照射下,Fe3+与水中的OH复合离子反应可以直接产生·OH,并产生Fe2+,Fe2+可与H2O2进一步反应生成·OH,从而加快水中有机污染物的降解速度。该体系的优点在于降低了Fe2+用量,提高了H2O2利用率,同时克服了在过量的氧化物存在下,Fe2+相对于Fe3+的浓度较低的缺点,提高了传统Fenton氧化法的效率。

雷乐成[12]采用光Fenton法处理纺织印染PVA退浆废水,在反应体系中辅以紫外和可见光辐射,其氧化效率大大提高,在Fe2+浓度较低的情况下、使用中压紫外和可见光汞灯进行照射,反应0.5 h后溶解性有机碳的去除率可高达90%。

3.3 微波-Fenton

微波与Fenton联用来处理难降解废水主要是利用微波的强穿透能力,迅速加热反应分子,降低反应活化能和分子化学键强度,以提高废水的处理效果。陈芳艳[13]等在用微波-Fenton氧化法降解水中十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的研究中发现,微波辐射与Fenton氧化法联用对SDBS的矿化协同效应明显,该研究得出最佳反应条件为:pH=3, Fenton试剂投加量140 mmol/L,微波功率500 W,反应时间为10 min。在该条件下十二烷基苯磺酸钠的去除率高达99%,TOC去除率为68%。

3.4 磁场-Fenton

磁现象是一种普遍存在的物理现象,人们发现磁场对自由基反应的影响最为明显,并逐渐形成了相应的以“自由基对理论”为基础的磁动力化学(简称磁化学)。将磁场引入Fenton氧化法的联用技术能够有效提高反应速率,显著降低氧化剂的投加量。磁场-Fenton联用技术可提高污染物的氧化分解速率,且使用永久磁铁产生磁场时无需像超声和紫外光一样额外消耗电能,是一种节能的氧化技术。姜春华采用磁场-Fenton氧化法处理表面活性剂废水的研究表明:在H2O2加入量为0.5(体积比),FeSO4·7H2O浓度为3000 mg/L的条件下反应10 min,CODCr去除率达69.8%。在相同实验条件下,外加磁场强度分别为235.6 mT、357.3 mT、427.8 mT,CODCr的去除率可分别提高3.5%、8.4%、10.5% 。

3.5 超声-Fenton

超声波是物质介质中的一种弹性机械波,其频率范围为2×104～1×1013 Hz,这种含有能量的超声振动与媒质相互作用,能产生一些物理或化学效应。超声波和Fe2+联用同样对H2O2产生·OH的反应具有协同作用,能大大提高了·OH的产生速率,同时节省H2O2和Fe2+的使用量。任百祥[15]等使用超声-Fenton处理中药废水的研究发现:当H2O2质量浓度为1 mg/L,FeSO4质量浓度为2 mg/L时,使用超声波(120 W,45 kHz)处理初始COD为1008.3 mg/L的中药废水1 h后,COD去除率达到90.1%。

3.6 混凝-Fenton

混凝是通过添加絮凝剂与废水中的悬浮物或大分子有机物发生电中和,使得悬浮物等相互接触、碰撞、脱稳,以吸附、架桥等形式凝聚成大颗粒物质,最后进行沉降分离而达到净水的目的。通过混凝处理,可除去悬浮物质、高分子物质、胶体状有机物或某些重金属物质以及降低废水的色度、浊度等。Fenton氧化技术与混凝技术联合处理废水的工艺得到了快速发展。韩菲[16]等采用混凝-Fenton氧化法处理化工园区综合废水的研究表明:在传统Fenton氧化技术中投加阳离子型PAM 20 mg/L,搅拌15 min,沉淀15 min后,浊度和COD的去除率接近96%和70%。黄炜曦等[17]用混凝—Fenton氧化法处理印染废水,发现在PAC投加量为18 mg/L时,混凝处理效果最佳,COD去除率为60%,色度去除率为85%,SS除率为95%。经过混凝预处理后,在最佳条件下用Fenton氧化处理,COD去除率接近90%。

3.7 吸附-Fenton

吸附脱色技术是采用多孔的固体吸附剂,利用固、液相界面上的物质传递,使废水中的有色污染物转移到固体吸附剂上,进而从废水中分离除去的方法。目前,应用较多的吸附剂为活性炭,采用Fenton-活性炭吸附技术不仅可以去除废水中难降解有机物,而且对水中有毒、有害物质去除效果较好,同时由于出水中含有H2O2,经活性炭吸附后,可显著延长活性炭的过滤周期。白翠萍等[18] 采用Fenton氧化与活性炭吸附相结合的方法处理高浓度工业废水,研究表明:采用15 g活性炭吸附50 mL Fenton氧化法处理后的水样,两者结合COD去除率可以达到85.47%。

3.8 生物-Fenton

生物-Fenton是将Fenton氧化技术与生物氧化技术相结合,以克服普通生化处理对难降解废水、有毒有害废水以及生物抑制性废水处理效果不佳等问题。王进等[19]采用Fenton试剂氧化阿莫西林制药废水,当H2O2加入量为10 mL/L、V(H2O2):m(FeSO4·7H2O)为5 mL:1 g时,反应3 h后, COD去除率达到72.25%,色度由100倍降为2倍,BOD/COD由0.06提高到0.38,可生化性显著提高。经Fenton试剂氧化-SBR工艺处理后,出水COD为72.7 mg/L,达到国家排放标准。生物-Fenton处理难降解废水、有毒有害废水以及生物抑制性废水,既能使废水达标,又可降低处理费用,具有较大的发展潜力,已成为国内外废水处理研究的方向之一。

4 Fenton氧化法及其联用技术的应用

4.1 在水处理上的应用

Fenton试剂作为一种强氧化剂对传统物理或难生物降解的有机物有较好的处理效果,是一种具有发展潜力的废水处理技术。该技术既可以在废水预处理工段提高废水的可生化性,又可以在处理系统的末端进行深度处理,使外排废水的水质达到严格的排放要求。目前,Fenton、类Fenton及Fenton与其他技术方法的连用已经广泛应用在焦化废水、医药废水、化工废水、印染废水、造纸废水、垃圾渗滤液等废水处理中,并取得了良好的去除效果。

4.2 在土壤污染治理上的应用

随着环境污染的加剧,土壤污染的问题也逐渐突出,Fenton氧化技术已经被广泛应用到污染土壤的治理中,曹梦华等[20] 研究了Fenton氧法化对有机氯农药污染场地土壤的修复效果,结果显示:Fenton氧化能够快速有效地降解污染土壤中的六氯和DDTs。当Fe2+浓度为80 mmol/L, Fe2+与H2O2的摩尔浓度比为1:5时,反应6 h,土壤中六氯和总DDT的去除率分别为96.7%和78.2%;每方土的修复成本约为951元。艾军勇等[21] 使用超声波和紫外线-Fenton反应联用处理干旱区老化石油污染土壤。实验结果表明,在酸性条件下,TPH去除量随n(H2O2)/n(Fe2+)的增大而增大,当H2O2与Fe2+摩尔比为50:1时,超声波处理6 h土壤TPH去除量为19800 mg/kg。溶液pH值接近中性时,在相同条件下,超声波与UV共同作用2 h 和4 h,TPH去除量分别达到14824和21821 mg/kg。此外研究还表明,超声波-Fenton联用技术对1,2-二甲苯降解效果最好,其次为C17～C28的直链及支链烷烃,对烃类衍生物降解效果最差。

4.3 在污泥减量化上的应用

生物法处理废水产生的剩余污泥因含水率高、体积大、易腐败、处理成本高,约占整个污水工艺运行成本的40%～60%。为降低污水处理成本,其中比较积极有效的方法有污泥氧化破解和改善污泥的脱水性能。因具有较强的无选择性的氧化能力,Fenton氧化技术已经逐步应用于破解剩余污泥和改善污泥脱水性能方面。周煜等[22]对光-Fenton氧化破解污泥EPS和改善污泥脱水性能进行了研究,结果得出光-Fenton氧化处理供试污泥的适宜条件为:pH=3,H2O2投加量为4 g/L,Fe2+投加量为0.6 mg/L。在该工况下,处理污泥2 h,污泥上清液中的SCOD、多聚糖和蛋白质浓度分别由67.46 mg/L、12.53 mg/L和8.62 mg/L增加到568.12 mg/L、448.62 mg/L和292.94 mg/L;滤饼含水率由和88.52%下降至76.36%。实验说明光-Fenton反应在有效破懈污泥的同时,能提高污泥的沉降性,改善污泥的脱水性,是一种污泥减量化与资源化利用的有效技术手段。

5 展 望

Fenton氧化法具有反应速度快、反应效率高、操作简单、应用范围广等优点,Fenton氧化法联用技术在继承Fenton氧化法优点的基础上有效提高了有机物的降解效果,降低了使用成本,不仅在废水处理中得到了广泛应用,并且逐步应用在土壤修复、剩余污泥的减量化研究中,是一种极具发展潜力的高级氧化技术,将有更广阔的应用前景。

摘要：Fenton氧化法是一种高级氧化技术。本文主要阐述了Fenton氧化法的反应原理,并讨论pH、反应温度等因素对处理效果的影响。在Fenton氧化法基础上发展起来的Fenton氧化法联用技术扩展了Fenton氧化法的适用范围,提高了Fenton氧化法的处理性能。本文对Fenton氧化法联用技术的研究进展及其在污水处理、土壤修复、污泥减量化等方面的应用进行了全面介绍。

Fenton氧化技术 篇2

超声/Fenton试剂氧化耦合处理染料废水

摘要：采用超声/Fenton试剂氧化耦合的`方法对模拟染料废水活性红2进行降解处理研究.实验结果表明,仅用超声处理降解率为5%左右,仅用Fenton试剂处理降解率为45%左右,而两者联合处理降解率可达90%以上.超声/Fenton试剂耦合法明显优于二者的简单叠加,此反应符合二级反应动力学方程.同时探讨了超声功率、溶液初始pH值、Fe2+和H2O2投加量等因素对活性红2降解的影响.结果表明,溶液pH值对降解率影响显著,低pH值有利于降解.降解率分别随超声功率和FeSO4投加量的升高而升高,但当FeSO4浓度大于0.045 mmol/L时,降解率增大趋势不明显.而H2O2则存在一个最佳投加量.作 者：彭晓云 冯流 刘路 PENG XiaoYun FENG Liu LIU Lu 作者单位：北京化工大学化学工程学院,北京,100029期 刊：北京化工大学学报(自然科学版) ISTICPKU Journal：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：,34(2)分类号：X7关键词：超声降解 Fenton试剂氧化 活性红2

Fenton氧化技术 篇3

Fenton氧化主要利用过氧化氢在Fe2+的催化下产生的·OH,·OH具有很高的电极电位,极强的氧化性,可将废水中的有机物氧化成水和二氧化碳等小分子无机物[2]。本实验主要研究了p H值、H2O2投加量、H2O2与Fe2+投加的物质的量比、反应时间对实验结果的影响,为后续的研究提供一定参考。

1 实验

1.1 实验用水

实验用水为湖北某有机硅胶生产企业反应罐冲洗废水,该废水酸度大,p H为1.94。水质呈淡黄色,透明,有较强烈的刺激气味。COD为17466 mg/L。

1.2 实验试剂及主要仪器

试剂:过氧化氢(30%)、七水合硫酸亚铁、氢氧化钠、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸汞、浓硫酸、重铬酸钾均为分析纯。

仪器:p HS-3C型p H计,上海佑科仪器仪表有限公司;90-1型恒温磁力搅拌器,上海沪西分析仪器厂。

1.3 实验方法

1.3.1 p H值对Fenton氧化的影响

取100 m L废水原液加入到250 m L广口锥形瓶中,分别用氢氧化钠调节废水p H为1.94(原水)、2.50、3.00、4.00、5.00、6.00、7.00,向锥形瓶中分别加入25%的硫酸亚铁溶液5.0 m L,混合均匀后加入质量分数为30%的H2O215.0 m L,室温下用磁力搅拌器搅拌反应3 h,静置,取上清液测定COD,与废水原液进行分析比较,绘制出COD去除率曲线。

1.3.2 H2O2投加量对Fenton氧化的影响

取100 m L废水原液加入到250 m L广口锥形瓶中,用氢氧化钠调节废水p H为3.00,加入25%硫酸亚铁溶液6.0 m L,混匀后向锥形瓶中分别加入质量分数为30%的H2O210.0 m L、12.0 m L、14.0 m L、16.0 m L、18.0 m L、20.0 m L,室温下用磁力搅拌器搅拌反应3 h,静置,取上清液测定COD,与废水原液进行分析比较,绘制出COD去除率曲线。

1.3.3 Fe2+与H2O2投加量比例对Fenton氧化的影响

取100 m L废水原液加入到250 m L广口锥形瓶中,用氢氧化钠调节废水p H为3.00,向锥形瓶中分别加入25%的硫酸亚铁溶液3.0 m L、4.0 m L、5.0 m L、6.0 m L、7.0 m L、8.0 m L、9.0 m L、10.0 m L、11.0 m L、12.0 m L、13.0 m L,混匀后加入16.0 m L质量分数为30%的H2O2,室温下用磁力搅拌器搅拌反应3 h,静置,取上清液测定COD,与废水原液进行分析比较,绘制出COD去除率曲线。

1.3.4 反应时间对Fenton氧化的影响

取100 m L废水原液加入到250 m L广口锥形瓶中,用氢氧化钠调节废水p H为3.00,向锥形瓶中分别加入25%的硫酸亚铁溶液7.0 m L,混合均匀后加入质量分数为30%的H2O216.0 m L,室温下用磁力搅拌器搅拌反应,分别于第0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、3 h、4 h取上清液测定COD,与废水原液进行分析比较,绘制出COD去除率曲线。

1.4 分析方法

COD:重铬酸钾法[3];p H:便携式p H计法。

2 结果与讨论

2.1 p H值对Fenton氧化的影响

由图1可知,废水p H由原始值1.94升高到3.00的过程,COD去除率显著升高,由44.2%升高到69.8%。当p H在3.00时COD由17466 mg/L降到5274 mg/L,去除率达69.8%。p H大于3.00后,废水的处理效果变差,大于4.00后COD去除率急剧下降,因此反应条件应控制在p H在3.00左右。

废水的p H值对Fenton氧化反应的过程有着重要的影响,主要是影响Fenton试剂中铁离子的存在状态。相关研究也表明Fenton氧化反应的最适宜p H值在3~5,废水的p H值过高或过低都不利于羟基自由基的产生[4,5],直接影响氧化效果。废水的p H值过低,酸度过大,影响羟基自由基的生成。废水的p H值大于5时,大量的亚铁离子会被氧化成铁离子,并反应生成HO2·自由基,该物质氧化性弱,不利于Fenton氧化的进行[5]。当废水的p H值大于6.5~7.5时,铁离子会转化为Fe(OH)3,并沉淀下来,导致溶液中亚铁离子失活,不利于·OH的产生[6]。同时Fe2+转化为Fe3+的过程中,也会产生带负电荷的氢氧根,Fenton氧化反应受到抑制。对于本实验用水,原始p H值为1.94,加碱调到3.00即可保证反应的最佳酸度条件。

2.2 H2O2投加量对Fenton氧化的影响

H2O2投加量对废水的处理效果有重要影响。H2O2投加量的质量比公式[7]:

由公式计算得H2O2理论投加量为111.2 m L/L。

H2O2投加量对Fenton氧化的影响实验结果如图2所示。

实验现象:废水中加入硫酸亚铁溶液和H2O2后颜色由淡黄色变为深红色,并出现微小气泡,液体温度升高,反应变剧烈。反应结束后废水颜色变为黄褐色,烧杯底部出现沉淀。

由实验结果得知,H2O2的实际投加量与理论投加量有较大差别,可能是由于废水的水质、酸度、Fe2+等因素的影响,计算时应当考虑对H2O2理论投加量的计算公式进行修正。

由图2可知,COD去除率随H2O2投加量的增加而增大,增大到峰值后开始下降。当H2O2投加量为16.0 m L时,COD去除率达最大值75.7%。H2O2投加量较少时,废水处理效果不佳,主要是因为反应产生的羟基自由基不足,废水中有机物不能完全被氧化,因此COD去除率较低。当H2O2投加量过大时,发生反应:·OH+H2O2=H2O+HO2·,消耗了·OH,投加的一部分H2O2发生无效分解,降低了废水的处理效果[8]。同时,过量的H2O2在酸性条件下被重铬酸钾氧化,发生如下反应:Cr2O72-+3H2O2+8H+=2Cr3++7H2O+3O2,此时H2O2表现出还原性,消耗重铬酸钾,造成COD测定值偏高,影响废水处理效果[9]。

2.3 H2O2/Fe2+对Fenton氧化的影响

Fenton氧化的主要途径是利用Fe2+催化过氧化氢分解产生羟基自由基来氧化有机物质,Fe2+/H2O2的值直接影响废水处理效果[10],实验结果如图3所示。

由图3可知,随着n(H2O2)∶n(Fe2+)值的增大,废水COD去除率呈现出先升高后降低的趋势。当硫酸亚铁溶液投加量为7.0 m L(n(H2O2)∶n(Fe2+)=22.4∶1)时,COD去除率最大,达到80.8%。但随着n(H2O2)∶n(Fe2+)的继续增大,废水COD去除率明显下降,这是由于此时溶液中催化剂Fe2+的含量过少,H2O2反应生成的羟基自由基的量和速度都比较小,产生的·OH不足以充分氧化废水中有机物,进而抑制降解过程[11]。硫酸亚铁溶液投加量过大时,COD去除率反而降低。这是由于Fe2+起催化作用的同时,过量的亚铁离子还可能发生一系列副反应[12]:

由于这一系列的副反应,消耗了溶液中的羟基自由基,造成COD去除率的降低。实验表明,在n(H2O2)∶n(Fe2+)=22.4∶1时,Fenton试剂可高效的降解有机物,显著降低废水的COD。

2.4反应时间对Fenton氧化的影响

由图4可知,反应0.5 h后,COD去除率很低,主要是由于此时废水中H2O2含量很高,并且有机物还未被及时降解。反应1 h后,COD由去除率显著升高,达76.6%。反应2 h后,COD由17466 mg/L降到3058 mg/L,去除率达到最大值82.5%,此后保持在此水平,增加效果不明显,主要是因为随着反应的进行,体系中H2O2逐渐消耗,生成的·OH减少,反应体系的氧化能力减弱,反应趋于停止[13]。综合考虑,反应时间取2 h比较合适。

3结论

Fenton氧化技术 篇4

Fenton氧化-镁盐沉淀法处理草甘膦废水

摘要：采用Fenton氧化-镁盐沉淀法处理草甘膦废水,同时得到CaCl2产品.研究了H2O2和Fe2+的.加入量对Fenton氧化阶段处理效果的影响及Mg2+的加入量、沉淀终点pH和沉降时间等因素对镁盐沉淀阶段处理效果的影响.确定了Fenton氧化-镁盐沉淀法的最佳操作条件:常温常压下,用CaCO3调节废水pH约为4.0,H2O2加入量(质量分数,下同)为3%,Fe2+加入量为6%,反应时间为2 h;Mg2+加入量为5%,加入石灰乳调节体系pH为11.0,静置沉降120 min后分离,用HCl调节上层清液pH为7.0, 浓缩,260 ℃下烘干得CaCl2产品.在此条件下,草甘膦废水的COD去除率达75.8%, CaCl2产率为48.5%.作 者：黄燕梅    李启辉    周锡波    余在华    黄庆莉    Huang Yanmei    Li Qihui    Zhou Xibo    Yu Zaihua    Huang Qingli  作者单位：广西大学,化学化工学院,广西,南宁,530004 期 刊：化工环保  ISTICPKU  Journal：ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)：, 27(2) 分类号：X703 关键词：芬顿氧化    草甘膦    氯化钙    氯化镁    废水处理   

粉末活性炭的Fenton氧化再生 篇5

活性炭的再生通常是指采用物理、化学或生物化学的方法,对吸附饱和后失去活性的炭进行处理,恢复其吸附性能,以便重复使用。目前常用的活性炭再生方法有加热法、电化学法、化学药剂法、湿式氧化法、生物法、微波辐射法、超临界流体法和臭氧法等[5,6,7,8,9,10]。Fenton氧化再生法即用Fenton试剂氧化吸附在活性炭表面的有机物,具有操作简单、反应迅速、适应性强、成本低等特点[11,12]。但用Fenton氧化再生实际工业废水处理后的饱和粉末活性炭(以下简称饱和炭)的研究目前还鲜有报道,而用实验室配制的模拟废水进行研究与实际应用尚有较大差距。

本工作以亚铁离子为催化剂,并利用粉末活性炭自身的催化性能,使双氧水分解产生具有强氧化性的·OH,氧化活性炭表面的有机污染物,对吸附处理染料废水后的饱和炭进行再生,并考察了饱和炭的再生效果及其主要影响因素。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

硫酸、七水合硫酸亚铁、30%(w)双氧水、重铬酸钾:分析纯。

饱和炭和新粉末活性炭(以下简称新炭)均取自浙江某大型染料生产公司的废水处理现场。该公司采用木质粉末活性炭对氨水中和染料结晶母液进行吸附脱色处理,澄清液经浓缩、蒸发、结晶后生产硫酸铵。新炭的表面化学基团含量见表1,其粒径约为0.074 mm。

mmol/g

废水:取自该公司染料生产过程中的氨水中和染料结晶母液。该公司主要生产分散橙、分散紫、分散蓝3种分散染料。这些分散染料的发色基团主要为单偶氮基团,苯环上连有硝基、卤代基等疏水性基团,无磺酸基、羧酸基等亲水性基团。此外,染料分子中还含有氰基、酰胺基、醚基等基团,有毒、难降解。废水水质见表2。

雷磁PHS-3C型p H计:上海精科实业有限公司;T6新世纪型紫外-可见分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;FA2004B型分析天平:上海越平科学仪器有限公司;MM823EA6-PS型微波炉:美的微波炉制造有限公司;HY-4型调速多用振荡器:金坛成辉仪器厂;Titrette型数字瓶口滴定器:德国普兰德公司。

1.2 实验方法

1.2.1 饱和炭的再生

取50 m L蒸馏水于锥形瓶中,用硫酸调节p H,加入1.5 g饱和炭和一定量的七水合硫酸亚铁粉末,摇匀后加入一定体积的双氧水,室温下于振荡器中振荡再生一段时间,振荡频率120 r/min。再生结束后用0.45 mm的滤膜过滤,滤渣用清水洗涤烘干,得到再生的粉末活性炭(以下简称再生炭)。

1.2.2 废水的吸附脱色

取30 m L废水于锥形瓶中,加入1.5 g新炭或再生炭,室温下于振荡器中振荡吸附12 h,振荡频率120 r/min。吸附结束后对混合液进行过滤,取滤液待测。

1.3 分析方法

采用重铬酸钾法测定吸附前后废水的COD[13],计算COD去除率;采用紫外-可见分光光度计测定吸附前后废水于478 nm波长处的吸光度,计算脱色率;采用Boehm化学滴定法[14]测定活性炭表面的化学基团。

以再生率来评价饱和炭的再生效果,再生率的定义为:再生炭与新炭对废水COD去除率的百分比。

2 结果与讨论

2.1 新炭的吸附效果

废水经新炭吸附处理后,COD降至6 617 mg/L,COD去除率达44.86%,脱色率达97%以上,基本脱除了染料废水的颜色。

2.2 H2O2投加量对再生炭吸附效果的影响

大量研究表明,Fenton试剂在p H为3~5时的氧化效能最佳[15,16]。在再生p H为3.0、H2O2与Fe2+的摩尔比为10、再生时间为1 h的条件下,H2O2投加量对再生炭吸附效果的影响见图1。由图1可见:随H2O2投加量的增加,COD去除率和脱色率先增大;当H2O2投加量为6.5 mmol/g时,经再生炭处理过的废水的COD最小,COD去除率和脱色率最大,相应的再生率也最高;继续增加H2O2投加量,COD去除率和脱色率反而下降。这是因为:当H2O2的浓度较低时,随H2O2浓度的增加,产生·OH的量也增加,饱和炭上吸附的有机物有更多机会接触·OH并被其氧化;当H2O2的浓度过高时,反应·OH+H2O2→H2O+HO2·的速率加快,抑制了·OH的产生,同时HO2·容易进一步发生反应HO2·+·OH→H2O+O2,这不仅消耗了·OH,还导致了H2O2的无效分解[17,18]。综上所述,最佳H2O2投加量为6.5 mmol/g。

此外,活性炭在整个再生过程中也起到一定的催化作用,活性炭的催化作用是由于其上的各种基团(主要是含氧基团)产生的,且在酸性环境中,表面基团的活性加强,H2O2可在其表面生成·OH,参与到活性炭的再生中。

2.3 再生p H对再生炭吸附效果的影响

在H2O2投加量为6.5 mmol/g、H2O2与Fe2+的摩尔比为10、再生时间为1 h的条件下,再生p H对再生炭吸附效果的影响见图2。

由图2可见:当p H为3.0时,COD去除率最高,对应的再生率也最高;当p H较低和较高时,COD去除率均较p H=3.0时有明显下降。这是因为:当p H较低时,H+浓度较高,过量的H+捕捉·OH,使·OH被无效消耗,并且还会导致Fe3+很难被还原为Fe2+,而使Fe2+的供给不足,催化反应受阻,不利于·OH的产生;而当p H较高时,·OH的产生受到抑制,且Fe2+和Fe3+会以氢氧化物或铁的复杂络合物的形式沉淀下来,导致其催化性能降低[19,20];同时,较高的p H也不利于·OH的产生,也会使H2O2无效分解,使得饱和炭的再生率降低。综上所述,最佳再生p H为3.0。

2.4 H2O2与Fe2+的摩尔比对再生炭吸附效果的影响

在H2O2投加量为6.5 mmol/g、再生p H为3.0、再生时间为1 h的条件下,H2O2与Fe2+的摩尔比对再生炭吸附效果的影响见图3。由图3可见:随H2O2与Fe2+的摩尔比的增大,COD去除率和脱色率均先增大;当H2O2与Fe2+的摩尔比为10时,经再生炭处理的废水的COD去除率和脱色率最高;继续增大H2O2与Fe2+的摩尔比,再生炭的吸附效果变差。这是因为:当Fe2+浓度过低时,催化反应极慢,反应产生的·OH很少,导致有机物的去除率较低;随Fe2+浓度的升高,·OH的产生量增多,有机物的去除率上升;但当Fe2+的浓度过高时,Fe2+的大量存在使·OH产生过快,来不及与有机物发生反应就已经湮灭[21],且过多的Fe2+会被H2O2氧化为Fe3+,使氧化剂发生损耗,从而导致饱和炭的再生效果变差。综上所述,最佳H2O2与Fe2+的摩尔比为10。

2.5 再生时间对再生炭吸附效果的影响

在H2O2投加量为6.5 mmol/g、再生p H为3.0、H2O2与Fe2+的摩尔比为10的条件下,再生时间对再生炭吸附效果的影响见图4。

由图4可见:随再生时间的延长,经再生炭处理过的废水的COD先急速下降,在1 h时达到最低点,随后有所升高,并最终趋于稳定,说明饱和炭的再生反应已经结束。1 h后COD去除率下降可能是由于随再生时间的延长,活性炭吸附了再生液中未被完全氧化的有机物,使吸附容量下降导致的[17]。综上所述,最佳再生时间为1 h。

2.6 小结

上述实验结果表明,饱和炭的最佳再生条件为H2O2投加量6.5 mmol/g、再生p H 3.0、H2O2与Fe2+的摩尔比10、再生时间1 h,最佳条件下的再生率约为60%。使用最佳再生条件下得到的再生炭对废水进行吸附处理,废水的COD去除率和脱色率分别约为27%和67%。

3 结论

a)采用Fenton氧化法对吸附处理染料废水后的饱和炭进行再生。饱和炭的最佳再生条件为H2O2投加量6.5 mmol/g、再生p H 3.0、H2O2与Fe2+的摩尔比10、再生时间1 h,最佳条件下的再生率约为60%。

b)使用最佳再生条件下得到的再生炭对废水进行吸附处理,废水的COD去除率和脱色率分别约为27%和67%。

Fenton氧化技术 篇6

本工作采用Fenton试剂氧化法处理分散橙、分散紫和分散蓝3种染料结晶废母液, 研究了各工艺条件对废母液处理效果的影响, 对TOC去除反应分段进行了动力学方程拟合, 并探讨了反应机理。

1 实验部分

1.1 废母液的来源和水质

废母液取自浙江某染料公司的结晶工序。分散橙结晶废母液:COD为5 030 mg/L, TOC为1 265mg/L, 色度为3 800倍, ρ (硫酸盐) 为126 g/L;分散紫结晶废母液:COD为8 142 mg/L, TOC为1 891mg/L, 色度为10 038倍, ρ (硫酸盐) 为77 g/L;分散蓝结晶废母液:COD为11 260 mg/L, TOC为2 408 mg/L, 色度为15 000倍, ρ (硫酸盐) 为80 g/L。

1.2 试剂和仪器

Fe SO4·7H2O, Na OH, H2O2 (质量分数为30%) :分析纯。

HO4-1A型磁力搅拌器:上海梅颖仪器仪表制造有限公司;TOC-VCPH型TOC测量仪:岛津公司;ICS-90型离子色谱仪:DIONEX公司。

1.3 实验方法

取100 m L废母液置于烧杯中, 用Na OH溶液调节废母液p H, 加入一定量的Fe SO4·7H2O, 搅拌均匀后, 加入一定量的H2O2溶液, 继续搅拌反应一段时间后, 停止反应, 将反应液用0.45μm微滤膜过滤, 测定滤液的COD和TOC。分别计算COD去除率和TOC去除率。

将3种废母液的COD均调为1 000 mg/L, 在H2O2加入量为196.4 mmol/L、n (H2O2) ∶n (Fe2+) 为20、废母液p H=3、反应时间为2 h的条件下, 进行Fenton试剂氧化反应, 测定反应前后3种废母液中主要离子的质量浓度。

1.4 分析方法

采用重铬酸钾法测定COD[17];采用离子色谱仪测定废母液中各种离子的质量浓度;采用TOC测量仪测定TOC。

2 结果与讨论

2.1 H2O2加入量对COD去除率的影响

在废母液p H=2、n (H2O2) ∶n (Fe2+) =15、反应时间为2 h的条件下, H2O2加入量对COD去除率的影响见图1。由图1可见:随H2O2加入量的增加, 3种废母液的COD去除率均先增大;当分散橙和分散紫结晶废母液的加入量分别大于264.4, 352.9 mmol/L时, 继续增加H2O2加入量, COD去除率增加幅度不大, 且分散紫结晶废母液的COD去除率还出现下降趋势。考虑到分散蓝结晶废母液中COD很高, 所以增大了H2O2加入量, 选择441.2 mmol/L。因此, 本实验处理分散橙、分散紫和分散蓝3种结晶废母液时分别选择H2O2加入量为264.4, 352.9, 441.2 mmol/L。

2.2 n (H2O2) ∶n (Fe2+) 对COD去除率的影响

在废母液p H=2、处理分散橙、分散紫和分散蓝3种废母液的H2O2加入量分别为264.4, 352.9, 441.2mmol/L、反应时间为2 h的条件下, n (H2O2) ∶n (Fe2+) 对COD去除率的影响见图2。由图2可见:处理分散橙结晶废母液, 当n (H2O 2) ∶n (Fe2+) =20时, COD去除率最高, 为79.2%;处理分散紫结晶废母液, 当n (H2O2) ∶n (Fe2+) =10时, COD去除率最高, 为70.0%;处理分散蓝结晶废母液, 当n (H2O2) ∶n (Fe2+) =20时, COD去除率最高, 为78.3%。故本实验处理分散橙、分散紫和分散蓝结晶废母液时分别选择n (H2O2) ∶n (Fe2+) 为20, 10, 20。

2.3 废母液p H对TOC去除率的影响

在处理分散橙、分散紫和分散蓝结晶废母液时H2O2加入量分别为264.4, 352.9, 441.2 mmol/L、n (H2O2) ∶n (Fe2+) 分别为20, 10, 20、反应时间为2 h的条件下, 废母液p H对TOC去除率的影响见图3。由图3可见:当废母液p H=3时, 3种废母液的TOC去除率均最高, 分别为43.1%, 27.3%, 39.5%;当废母液p H=1时, 3种废母液的TOC去除率最低。故本实验选择废母液p H=3。

2.4 TOC去除率与反应时间的关系

在处理分散橙、分散紫和分散蓝结晶废母液时H2O2加入量分别为264.4, 352.9, 441.2 mmol/L、n (H2O2) ∶n (Fe2+) 分别为20, 10, 20、废母液p H=3的条件下, TOC去除率与反应时间的关系见图4。

根据图4中TOC去除率随反应时间的变化趋势, 将Fenton试剂氧化反应处理废母液的过程分为0~20 min和20~120 min两个阶段, 对反应过程中的TOC去除率与反应时间的关系分别进行零级、一级和二级动力学方程拟合, 结果见表1。由表1可见, 分散橙、分散紫和分散蓝3种结晶废母液在0~20min和20~120 min两个阶段的反应与二级动力学拟合方程的相关性最好。拟合方程分别为:分散橙, 0~20 min, y=15.050 0x+835.91, 20~120 min, y=1.989 7x+1 126.8;分散紫, 0~20 min, y=4.288 2x+557.42, 20~120 min, y=1.119 5x+626.5;分散蓝, 0~20 min, y=9.438 7x+513.8, 20~120 min, y=0.962 1x+679.07。

注:K为零级反应速率常数;k1为一级反应速率常数;k2为二级反应速率常数。

2.5 反应机理

Fenton试剂氧化反应前后3种废母液中主要离子的质量浓度见表2。由表2可见:反应后分散橙结晶废母液中新增加了0.074 0 mg/L的草酸根离子, Cl-质量浓度基本不变, NO3-质量浓度增加了0.017 6 mg/L;分散紫结晶废母液中新增加了0.024 0 mg/L的乙酸根离子、0.049 0 mg/L的草酸根离子和0.0140 mg/L的NO3-, Cl-质量浓度增加了0.003 7 mg/L;分散蓝结晶废母液中新增加了0.014 8mg/L的乙酸根离子、0.047 1 mg/L的草酸根离子和0.016 4 mg/L的NO3-, Cl-质量浓度基本不变, Br-质量浓度增加了0.002 7 mg/L。实验结果表明, 3种废母液经Fenton试剂氧化处理后, 部分有机物降解为小分子有机酸, 部分有机物完全矿化。

ρ, mg/L

3 结论

a) 处理分散橙、分散紫和分散蓝废母液时适宜的工艺条件:H2O2加入量分别为264.4, 352.9, 441.2 mmol/L;n (H2O2) ∶n (Fe2+) 分别为20, 10, 20;废母液p H=3。在上述工艺条件下, 当反应2 h时, COD去除率分别为79.2%, 70.0%, 78.3%;TOC去除率均分别为43.1%, 27.3%, 39.5%

b) 3种废母液在0~20 min和20~120 min两个阶段的反应与二级动力学拟合方程的相关性最好。

Fenton氧化技术 篇7

1 原理

高级氧化技术又称深度氧化技术, 汇集了现代光、电、声、磁、材料等各相近学科的最新研究成果。它主要包括电化学氧化法、湿式氧化法、光催化氧化法和超声降解法等。其中传统的Fenton氧化法, 与其他高级氧化工艺相比, 因其操作简单、反应快速、可产生絮凝等优点而倍受青睐。

Fenton化学氧化技术的主要原理是废水中投加H2O2氧化剂与催化剂Fe2+, 即所谓的Fenton药剂, H2O2在Fe2+的催化作用下分解产生·OH, 其反应方程式为:

其中·OH氧化电位达到2.8V, 是除元素氟外最强的无机氧化剂, 它通过电子转移等途径将有机物氧化分解成小分子。同时, Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀, 去除大量有机物。可见, Fenton试剂在水处理中具有氧化和混凝两种作用。

2 验证

我厂现有三套废水处理系统, 其中生化部分采用A2/O和AOO工艺。日常运行过程中, 原水COD一般为3000-5000mg/L, 后因溶剂脱酚工艺停产, COD一般维持着5000~7000mg/L左右, 经生化系统处理完出水COD一般在200~400mg/L左右。

随着国家环保政策日趋严格, 简单的活性污泥法已经很那满足生产需求, 出水悬浮物和COD不能达到排放标准。我厂先后对2#和3#系统进行改造, 采用过臭氧氧化、陶瓷膜过滤器和MBR膜等深度处理工艺。其中臭氧氧化塔对废水色度去除效果明显, COD无明显效果;陶瓷膜过滤器悬浮物去除效果较好, COD去除效果不明显, 且易堵塞, 堵塞后反冲洗效果不明显;MBR膜工艺对悬浮物去除效果很好, 对COD也有一定效果, 但MBR膜使用和维护成本太高, 随着使用时间延长离线清洗频繁, 人力物力消耗较大。

传统的Fenton氧化法操作简单、应速度快, 而且反应时可产生絮凝沉淀, 利用到预处理可以减少生化系统负荷, 用到深度处理可以氧化分解一部分难降解有机物, 使出水达标。

为验证Fenton氧化法对焦化废水有机物去除效果, 先后用该法对我厂生化系统进水和二沉池出水做简单的对照试验:

试验一:取原废水进行COD检测为3220mg/L, 经添加5000ppm10%PAC后检测上清液COD为3160mg/L, 每组取水样500m L, 以5%的Fe SO4和30%的H2O2做为Fenton试剂, 试验结果如表1:

试验二:取二沉池出水COD为426mg/L, 每组取水样500m L, 以5%的Fe SO4和30%的H2O2做为Fenton试剂, 数据如表2。

由试验一可以发现Fenton对原废水中的有机物有很好的氧化分解效果, 且因废水中含有硫化物等还原性物质, 可以与亚铁反应后絮凝去除。

同时, Fenton对生化系统出水有机物去除效果更明显, 经分析, 主要原因是, 废水中含有部分高分子有机物, 很难通过生化反应去除, 但是通过Fenton试剂可以氧化分解其中的一部分, 保证出水COD达标。

3 结论

Fenton氧化法在处理我厂焦化废水时效果, 但H2O2价格昂贵, 单独使用成本太高, 因此继续研究Fenton法与活性污泥法联用, 将其用于废水的预处理或最终深度处理的工艺具有可行性。如用少量Fenton试剂对废水进行预处理, 使废水中的难降解有机物发生部分氧化, 改变它们的可生化性、溶解性和混凝性能, 利于后续处理;对生化处理后水中仍残留少量的生物难降解有机物, 当水质不能满足排放要求时, 可采用Fenton法对其进行深度处理。

摘要：通过现有A2/O工艺对我厂焦化废水进行处理后, 出水COD不能达到国家排放标准, 需进行深度处理。通过对比试验验证利用Fenton氧化法处理高浓度焦化废水进行预处理可以降低原水COD, 对出水深度氧化处理后COD降到200mg/L以下, 达到国家排放标准。

关键词：Fenton,高级氧化法,焦化废水,COD

参考文献

[1]陈传好, 谢波.Fenton试剂处理废水中各影响因子的作用机制[J].环境科学, 2000, 3.

[2]李军, 王磊, 等.Fenton法深度处理垃圾渗滤液的试验[J].北京工业大学学报, 2008, 34 (3) .

[3]许春建, 王卉, 等.US/Fenton试剂法在水体系中降解对硝基苯酚的研究[J].高校化学工程学报, 2005, 19 (4) .

[4]何莼, 徐科峰, 等.均相和非均相Fenton型催化剂催化氧化含酚废水[J].

Fenton氧化技术 篇8

1 仪器与试剂

1.1仪器:H-44数显恒温水浴锅;超声反应器;电子分析天平。

1.2试剂:过氧化氢 (30%) ;颗粒活性炭;硫酸亚铁 (Fe SO4·7H2O;以上试剂均为分析纯。

2 试验方法

2.1 废水来源。

取自于新疆克拉玛依某石油公司, 生产过程中会有大量富马酸废水, 该废水中含有高浓度难降解的酸性有机物。主要有两部分:一是滤饼冲洗液;二是反应的母液和结晶的母液。该废水p H=2~3, 且含有大量的硫脲, 且COD在75000~80000 m/L之间。

2.2 实验过程。

取100m L稀释后的富马酸水样加入250m L的锥形瓶中, 依次加入Fenton试剂 (Fe SO4.7H2O和H2O2) 、活性炭等, 将锥形瓶放入超声反应器中, 在频率20k Hz、反应时间为60min和反应温度50℃条件下, 并加冷却水冷凝装置。待试验完后, 取出锥形瓶, 将其内的废水倒入烧杯中, 在烧杯中加Ca (OH) 2, 调节p H值为9-10, 静置、沉淀、过滤, 取滤液, 测COD。

2.3 分析方法。

COD测定采用重铬酸钾快速测定法;采用pH计测定pH值。

3 结果与讨论

3.1 正交试验分析

以A (超声功率, W) 、B (Fe2+浓度, mg/L) 、C (初始溶液p H) 、D (H2O2, mmol/L) 、E (活性炭量, g) 为考察对象, 按照L (54) 五因素四水平设计正交实验见表1, 实验结果见表2。

从表2的实验结果和极差分析可知Fe2+浓度因素对COD去除率影响最大, 主次因素:B>C>A>E>D。最佳条件:超声功率100W、Fe2+浓度85mg/L、初始溶液p H为4、H2O2为300mmol/L、活性炭量1g。

3.2 单因素试验分析

3.2.1 Fe2+浓度

在频率20k Hz、反应时间为60min、反应温度50℃、超声功率100W、初始溶液p H为4、H2O2、为300mmol/L、活性炭量1g条件下。考察Fe2+浓度对超声-Fenton氧化效果的影响, 结果见图1。

3.2.2 初始溶液pH值

在频率20k Hz、反应时间为60min、反应温度50℃、超声功率100W、Fe2+浓度85mg/L、H2O2为300mmol/L、活性炭量1g条件下。考察初始溶液p H值对超声-Fenton氧化效果的影响, 结果见图2。

3.2.3 超声功率

在频率20kHz、反应时间为60min、反应温度50℃、Fe2+浓度85mg/L、H2O2为300mmol/L、活性炭量1g条件下。考察超声功率对超声-Fenton氧化效果的影响, 结果见图3。

3.2.4 活性炭的量

在频率20kHz、反应时间60min、反应温度50℃、超声功率100W、Fe2+浓度85mg/L、H2O2为300mmol/L条件下。考察活性炭的量对超声-Fenton氧化效果的影响, 结果见图4。

3.2.5 双氧水的浓度

在频率20k Hz、反应时间为60min、反应温度50℃、超声功率100W、Fe2+浓度85mg/L、活性炭量1g条件下。考察双氧水量对超声-Fenton氧化效果的影响, 结果见图5。

3.3 不同方法处理废水的结果

从表3可知:超声-Fenton试剂联用去除COD效率明显优于单独超声和单独Fenton试剂氧化法。原因可能是: (1) 超声空化产生的瞬间高温高压, 使滤液中部分大分子被打碎成小分子, 进而矿化为CO2和H2O; (2) 在超声条件下, 加入Fe SO4和H2O2试剂后利于产生更多强氧化性羟基自由基, 有利于降解滤液中有机污染物。此条件下的超声降解是以本体溶液和空化泡气液界面处的·OH氧化为主。

4 结论

4.1采用超声、Fenton试剂与活性炭联合工艺对富马酸生产废水进行预处理, Fe2+浓度因素对COD去除率影响最大, 主次因素:B>C>A>E>D。最佳工艺条件为:超声功率100W、Fe2+浓度85mg/L、初始溶液p H为4、H2O2为300mmol/L、活性炭量1g。

4.2在最佳工艺条件下, 超声-Fenton-活性炭联用明显要优于单一超声法和单一Fenton氧化法, COD的去除率达到51.45%, 。

摘要：采用超声、Fenton试剂与活性炭联合工艺对富马酸生产废水进行预处理, 探讨超声功率、Fe2+浓度、初始溶液pH值、H2O2浓度、活性炭量等因素对COD去除率的影响。结果表明, 最佳工艺条件为:Fe2+浓度85mg/L、初始溶液pH为4、超声功率100W、活性炭量1g、H2O2为300mmol/L。在此反应条件下, 超声-Fenton联用明显要优于单一超声法和单一Fenton氧化法, COD的去除率达到51.45%。

关键词：超声波,富马酸,废水,Fenton,活性炭

参考文献

[1]李盛姬, 范立海, 陈欢林等.高浓废水资源化处理与水回用的膜集成新技术[J].山东化工.20007 (S2) :511-517.[1]李盛姬, 范立海, 陈欢林等.高浓废水资源化处理与水回用的膜集成新技术[J].山东化工.20007 (S2) :511-517.

[2]陈勇, 李义久, 唐文伟.铁炭微电解法预处理富马酸有机废水的研究[J].工业用水与废水.2003, 34 (6) :52-54.[2]陈勇, 李义久, 唐文伟.铁炭微电解法预处理富马酸有机废水的研究[J].工业用水与废水.2003, 34 (6) :52-54.

[3]彭绍玲, 伍钦.生物接触氧化法处理富马酸废水[J].华南理工大学学报 (自然科学版) , 2004, 32 (5) :7l-74.[3]彭绍玲, 伍钦.生物接触氧化法处理富马酸废水[J].华南理工大学学报 (自然科学版) , 2004, 32 (5) :7l-74.

Fenton氧化技术 篇9

在工业废水处理中,印染废水属于较难治理的行业性废水。印染废水种类多,成分复杂,主要是以芳烃和杂环化合物为母体,其色度和COD高,排放量和毒性大,可生化性差,对环境的污染严重。尤其是印染废水中的偶氮染料是严重危害环境的污染物,因为它的光降解产物含有致癌的芳族胺。而单纯某一种处理方法往往达不到满意的效果[1,2,3]。

过去国内印染废水排放执行《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB8978-1992),江苏省先后于2004年和2007年颁布了《江苏省纺织染整工业水污染物排放标准》(DB32/670-2004)和《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》(DB32/T1072-2007),山东省也于2005年颁布了《纺织染整工业水污染物排放标准》(DB37/533-2005)[4]。因此,寻找可达新排放标准的组合工艺废水处理技术,已成为当前纺织染整工业企业的迫切需要。

1 试验工艺流程与装置

试验采用水解酸化-生物接触氧化-Fenton氧化工艺,原水首先进入水解酸化-生物接触氧化法处理试验装置(见图1),出水再采用Fenton氧化法进一步处理。

反应器为圆柱形,外设保温套,利用循环水使反应器保持预定的温度。反应器高400 mm,直径150 mm, 水深330 mm,超高70 mm,单个反应器体积为6 L,3个反应器总体积18 L。接触氧化池底部设微孔曝气盘。

本试验采用青岛思普润水处理有限公司提供的SPR-1型填料,如图2所示。该填料比表面积500 m2/m3,比重为0.94～0.97,挂膜后密度接近于水,易流化。

2 试验用水及分析测试方法

2.1 原水水质概况

染料种类多、结构复杂,全世界使用的合成染料达3万多种,80%以上的染料为含偶氮键、多聚芳香环的复杂有机化合物[5]。本试验用水采用自配的模拟偶氮类废水,染料采用偶氮胭脂红G,其结构式如图3所示。

该染料含有氨基和磺酸基等亲水性基团,故水溶性较好,难于被一般絮凝剂絮凝沉淀。模拟废水成分见表1。

2.2 分析测试方法

COD:重铬酸盐法;染料浓度: 紫外分光光度法;色度:稀释倍数法;pH值:玻璃电极法;DO:采用溶氧仪测定。

3 水解酸化-生物接触氧化法处理试验过程与结果

试验采用接种培驯法,污泥取自武汉市龙王嘴污水处理厂二沉池回流污泥,刚取回的污泥呈黑褐色,略有异味。2011年3月1日,将污泥和填料装入反应器中,接触氧化池进行48 h闷曝。与此同时,向接触氧化池中投加葡萄糖150 mg/L、碳酸铵50 mg/L、磷酸二氢钾25 mg/L;向水解酸化池中加入葡萄糖150 mg/L、碳酸铵25 mg/L、磷酸二氢钾12.5 mg/L。挂膜期间,利用保温套通入循环水,使反应器内水温保持在20 ℃左右。2天后向反应器中连续进水,流量为1 L/h。刚开始进水染料浓度为2.50 mg/L,COD为208.43 mg/L,以后逐步增加,最后进水染料浓度达到35.67 mg/L,COD达到832.53 mg/L。在整个试验过程中通过调节气量的大小使两级生物接触氧化池的出水DO稳定在2～4 mg/L,满足好氧和兼性微生物生长对氧气的需求。挂膜期间进水和出水COD见表2。

由表2可见,运行初期,反应器对COD的去除效果较差,随着时间的推进,反应器对COD的去除率逐渐增加,最终达到61.70%,其中水解池对COD的去除量占总去除量的23.60%,一级接触氧化池对COD的去除量占总去除量的32.11%,二级接触氧化池对COD的去除量占总去除量的6%。水解酸化池能够提高废水的可生化性,促进后续接触氧化池的处理效果。

由于染料废水色度大,偶氮胭脂红G又具有一定的毒性,所以染料浓度逐步增加。挂膜期间进出水染料浓度、色度见表3、表4。

由表3、表4可见,反应器对染料的去除效果较好,染料的去除率在初期就达到了70.80%,最终达到88.28%;色度的去除率在初期就达到了92.31%,最终达到93.95%,去除率较高,其中水解池对色度的去除量占总去除量的25.91%,一级接触氧化池对色度的去除量占总去除量的60.75 %,二级接触氧化池对色度的去除量占总去除量的7.29%。

4 Fenton氧化法处理水解酸化-生物接触氧化法试验装置出水

由于印染废水色度大,有机物浓度高,单纯生化处理出水水质难以达标,需要进行后续处理,本试验采用Fenton氧化法处理生化装置出水。

采用烧杯试验,每次反应废水体积为250 mL,30% H2O2按1∶100比例稀释,硫酸亚铁溶液浓度为0.01 mol/L。利用正交试验确定最佳操作条件,影响因素为H2O2投加量、FeSO4投加量、反应时间和反应初始pH值。由于Fenton氧化法脱色效果很好,处理水色度均在40倍以下,满足纺织染整工业水污染物排放国家标准(GB4287-92)中的一级标准,因此正交试验以COD去除率为评价指标。正交试验结果见表5。

由表5中极差大小可见,影响废水处理效果的因素主次顺序为:FeSO4投加量——H2O2投加量——反应时间——pH值。Fenton氧化法处理生化装置出水最佳操作条件为:处理250 mL 废水,0.01 mol/L FeSO4溶液投加量40 mL,30% H2O2按1∶100比例稀释后投加量35 mL,反应时间15 min,反应初始pH值=3.5。处理水COD小于60 mg/L,色度小于30倍,不但满足纺织染整工业水污染物排放国家标准(GB4287-92)中的一级标准,而且满足要求更高的江苏省和山东省纺织染整工业水污染物排放地方标准。

5 结 语

水解酸化-生物接触氧化-Fenton氧化工艺处理偶氮胭脂红G废水是可行的。当进水COD为832.53 mg/L、色度为1 042倍时,出水COD小于60 mg/L,色度小于30倍,不但满足纺织染整工业水污染物排放国家标准(GB4287-92)中的一级标准,而且满足要求更高的江苏省和山东省纺织染整工业水污染物排放地方标准。

摘要：在实验室进行了水解酸化-生物接触氧化-Fenton氧化法处理偶氮胭脂红G废水试验研究,结果表明:当进水COD为832.53mg/L、色度为1 042倍时,出水COD小于60mg/L,色度小于30倍,不但满足纺织染整工业水污染物排放国家标准(GB4287-92)中的一级标准,而且满足要求更高的江苏省和山东省纺织染整工业水污染物排放地方标准。

关键词：印染废水,偶氮胭脂红G,水解酸化-生物接触氧化,Fenton试剂

参考文献

[1]顾培建,陈卫华,管宏云,等.对印染废水治理的几点思考[J].污染防治技术,2006,19(5):52-55.

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[4]陆继来,任洪强,夏明芳,等.新排放标准的印染废水深度处理技术进展[J].工业水处理,2009,29(7):7-10.