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芬頓反應器,又叫做芬(fen)頓設備、芬(fen)頓氧(yang)化設備(bei),芬(fen)頓反(fan)應設備(bei),芬(fen)頓反(fan)應裝置等,是對廢(fei)水進行氧(yang)化的必要設備(bei)。
一(yi)、芬頓設(she)備主要(yao)特點:
投資省;占地小;處理效率高;運行費用低;易自控;氧(yang)化能(neng)力強,運行費相(xiang)對低;pH值正(zheng)常;反應(ying)時間少(shao)等。
二、芬頓設(she)備工(gong)藝的優點
①對環境友善(shan):處理后不像其它(ta)的(de)化學(xue)藥品,如漂白(bai)水(shui)(次氯酸(suan)鈉(na)),易產(chan)生氯化有機物(wu)等毒性物(wu)質,對環境造(zao)成傷害。
②占(zhan)地(di)空間小:有機物氧(yang)化(hua)的速度相當快,所需的停(ting)留時間短,約(yue)0.5~2小時即可(ke),不像一般的生(sheng)物處理約需12~24小時,因時間短,相(xiang)對反應槽容積不(bu)需太大,可(ke)節省空(kong)間。
③操作(zuo)彈性大:可依進流水水質的(de)好壞來改(gai)變(bian)操作(zuo)條件,提高處理量。而一般的(de)生物處理難以彈性操作(zuo)。針對較高的(de)污染量只需提高亞鐵(tie)及H2O2加藥量及適當(dang)的pH控制即可。
④初(chu)設成本低(di):與一般的(de)生(sheng)物(wu)處理系統相較,約只(zhi)須其投資成本的(de)1/3~1/4。
⑤氧化能力強:所產生的氫氧自由(you)基(OH)氧化能力相(xiang)當強。可處理多種毒性物質(zhi),如氯乙(yi)烯、BTEX、氯苯、酚(fen)、多氯聯苯、TCE、DCE、PCE等,另EDTA和酮類MTBE、MEK等亦有效。
三、芬頓設(she)備的原理
過氧(yang)化氫(H2O2)與二(er)價鐵離子(Fe2+)的混合溶液把大分(fen)子(zi)氧化(hua)成(cheng)小分(fen)子(zi)把小分(fen)子(zi)氧化(hua)成(cheng)二氧化(hua)碳和(he)水,同時FeSO4可以被氧化成3價鐵離子,有一定的絮凝的作(zuo)用(yong),3價鐵離子變(bian)成氫氧化鐵,有(you)一定的網捕(bu)作用,從而達(da)到處理(li)水(shui)的目的。芬頓試(shi)(shi)劑在(zai)環境化學中(zhong)找到了(le)它的位置(zhi),具有(you)去(qu)除難(nan)降解有(you)機污(wu)染物(wu)的高能力的芬頓試(shi)(shi)劑,在(zai)印染廢水(shui)、含(han)(han)(han)油廢水(shui)、含(han)(han)(han)酚廢水(shui)、焦化廢水(shui)、含(han)(han)(han)硝基苯廢水(shui)、二(er)苯胺廢水(shui)等廢水(shui)處理(li)中(zhong)體(ti)現(xian)了(le)很廣泛的應用。
四、影響(xiang)芬頓設(she)備反應(ying)的因素
影響(xiang)Fenton法氧化反(fan)應(ying)效果(guo)與速率(lv)因子(zi):反(fan)應(ying)物本身的特性,H2O2的劑量,Fe2+的(de)濃度,pH值,反應時間(jian),溫度(du)。
1、溫度(du)因素(su)
在芬(fen)頓(dun)反(fan)應中,溫度(du)是影響其效果的重要因(yin)素,溫度(du)不(bu)斷升(sheng)高(gao),芬(fen)頓(dun)反(fan)應的速度(du)會逐漸加快(kuai),隨著(zhu)溫度(du)的提高(gao),˙OH的生(sheng)成速度會(hui)提高,能夠促進˙OH與有機物發生反應,使氧(yang)化效(xiao)果得(de)到提升(sheng),提高CODCr的去除率。溫(wen)度(du)的升高也會使(shi)H2O2的分(fen)解(jie)(jie)速度(du)加快,分(fen)解(jie)(jie)成(cheng)O2與H2O,這對于˙OH的生(sheng)成是不(bu)(bu)利(li)的芬頓。不(bu)(bu)同類型的工業廢水中,芬頓反應(ying)的最(zui)合適溫度也(ye)是不(bu)(bu)同的,
2、pH值
通常(chang)情況(kuang)下,在酸性(xing)環境(jing)下,芬頓試(shi)劑才會發生(sheng)反應,pH的提高會使˙OH得出現受(shou)到限(xian)制,并且會出現氫氧化鐵沉(chen)淀,催(cui)化能力喪失。如果溶(rong)液(ye)中有濃度較高的(de)H+,Fe3+不(bu)能被還原為Fe2+,催化反應就(jiu)會受到阻礙(ai)芬頓。有(you)研究結果(guo)表明在酸(suan)性環境下,尤其是pH在3-5之間時(shi),芬頓試劑(ji)有很(hen)強(qiang)的氧化能力,這時(shi)有機(ji)物的降解速(su)度比(bi)較(jiao)快,能夠(gou)在幾(ji)分鐘(zhong)內降解。同(tong)時(shi)有機(ji)物的反應速(su)率與Fe2+以及過(guo)氧(yang)化氫的初始濃度成正比例關(guan)系。在工(gong)業處理(li)中使用芬頓工(gong)藝,需要將廢水的pH調到3.5左(zuo)右為最佳。
3、有機物
對于(yu)(yu)不(bu)(bu)同(tong)類(lei)型的(de)(de)工業(ye)廢水(shui),芬頓試劑的(de)(de)使(shi)用(yong)量(liang)以及氧化效果是(shi)存(cun)在(zai)差異的(de)(de),主要是(shi)由于(yu)(yu)不(bu)(bu)同(tong)類(lei)型的(de)(de)工業(ye)廢水(shui)中,存(cun)在(zai)著(zhu)不(bu)(bu)同(tong)類(lei)型的(de)(de)有機物(wu)(wu)。對于(yu)(yu)糖類(lei)等碳(tan)水(shui)化合物(wu)(wu),由于(yu)(yu)受到羥(qian)基自由基的(de)(de)作用(yong),分子(zi)會出現(xian)脫氫反應,C-C鍵斷鏈;對于具有水(shui)溶性的高分子和(he)乙烯化合物,羥(qian)基(ji)自由基(ji)會(hui)使C=C鍵斷裂。羥(qian)基自由(you)基能(neng)夠使(shi)芳(fang)香族化(hua)(hua)合物出現開環進而形成脂(zhi)肪類的(de)化(hua)(hua)合物,使(shi)這(zhe)種類型廢水(shui)中的(de)生物毒性降低(di),使(shi)其可(ke)生化(hua)(hua)性得到改善。
4、H2O2與催(cui)化(hua)劑投入數量
利用芬頓工藝對工業廢水(shui)進行(xing)處理(li)時,需要(yao)明(ming)確藥劑投(tou)入的數量及其(qi)(qi)經濟性,如果其(qi)(qi)中投(tou)入的H2O2量比較大,就會提高(gao)廢水中CODCr的去除率。但是到(dao)達一定數量后,CODCr的(de)(de)去除率會呈現出逐(zhu)漸下(xia)降的(de)(de)趨勢。催(cui)化劑的(de)(de)投入數量與H2O2的投入(ru)量存在著相同(tong)的情況,Fe2+的數量增加(jia),CODCr的去除率(lv)會提高,達到一定程度后,CODCr的去除率就會下降(jiang)芬頓(dun)。在實際的工(gong)作中需要通過(guo)實驗(yan)明確H2O2與催化劑的(de)投入數(shu)量。
五、芬頓設備(bei)在部分工業廢水(shui)處理中的應用
1、芬頓(dun)設備在印染廢水中(zhong)的應用
印(yin)染(ran)廢水中色度比(bi)較高,化(hua)學需氧(yang)量的濃度比(bi)較高,含鹽量也比(bi)較高,可生化(hua)性不強。芬(fen)頓試劑具有較高的氧(yang)化(hua)性,能夠使一些難以通過生物(wu)(wu)降解(jie)的有機物(wu)(wu)轉換成可生化(hua)性比(bi)較好的物(wu)(wu)質,對染(ran)料中發色的基團進(jin)行破壞,使色度降低(di),因而被廣泛的應(ying)用到印(yin)染(ran)廢水處理中。利(li)用芬(fen)頓衍生的工藝手段,例如利(li)用微電解(jie)-Fenton氧(yang)化工(gong)藝對(dui)蒽醌(kun)染(ran)整廢水進行處理,這種廢水難以降解,化學(xue)需氧(yang)量的(de)去除率在93.5%左右(you),BOD5的去除率為93%左右,出水色度能夠除掉95.5%左右(you)。在(zai)pH為(wei)2-4之間時(shi),過氧化(hua)氫的投入量(liang)為30g/L,催化(hua)劑的投(tou)入量是過氧化(hua)氫的1/150時,使(shi)用芬(fen)頓工藝對中(zhong)間體(ti)H酸生產的(de)廢水進行處理,能夠達(da)到50%的(de)化學需(xu)氧量去(qu)除率。
2、芬(fen)頓設備在焦化廢(fei)水中的應用
焦(jiao)化(hua)廢水(shui)(shui)中(zhong)有(you)(you)難以生化(hua)降解的(de)(de)(de)多稠環(huan)芳烴和含氮雜環(huan)化(hua)合物(wu),廢水(shui)(shui)中(zhong)含有(you)(you)很多生物(wu)毒性(xing),抑制性(xing)的(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)也(ye)比(bi)較多,即使進行生化(hua)處(chu)理(li),廢水(shui)(shui)也(ye)很難達到(dao)標(biao)(biao)準。厭氧好氧工藝(yi)法無法使焦(jiao)化(hua)廢水(shui)(shui)達到(dao)合理(li)的(de)(de)(de)排放標(biao)(biao)準,雖然使用活性(xing)炭工藝(yi)進行處(chu)理(li)能(neng)夠達到(dao)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)效(xiao)果,但是(shi)這(zhe)種工藝(yi)方法的(de)(de)(de)成本消(xiao)耗比(bi)較高,并且會(hui)出現二次污染。芬頓工藝(yi)在難降解有(you)(you)機(ji)物(wu)廢水(shui)(shui)處(chu)理(li)中(zhong)有(you)(you)著廣闊的(de)(de)(de)發展前(qian)景,并且能(neng)夠實現良好的(de)(de)(de)效(xiao)果。
3、芬頓設備垃圾滲濾(lv)液中(zhong)的應用
垃圾(ji)(ji)滲濾液(ye)(ye)中含有(you)很(hen)高(gao)濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)(de)有(you)機物,其中的(de)(de)(de)(de)大部分是(shi)難以(yi)通過(guo)生物降解的(de)(de)(de)(de)有(you)機物,還有(you)很(hen)多有(you)毒有(you)害的(de)(de)(de)(de)物質(zhi),氨氮的(de)(de)(de)(de)濃(nong)度(du)比(bi)(bi)較高(gao),微生物營養元素的(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)例嚴(yan)重(zhong)失調,使用(yong)一般(ban)的(de)(de)(de)(de)生化(hua)處理(li)工(gong)(gong)藝,過(guo)程比(bi)(bi)較復雜,效果(guo)一般(ban)。而(er)使用(yong)芬頓(dun)工(gong)(gong)藝對生化(hua)處理(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)垃圾(ji)(ji)滲濾液(ye)(ye)進行(xing)處理(li),出水(shui)水(shui)質(zhi)能(neng)夠達到二級(ji)污(wu)水(shui)排(pai)放標準,能(neng)夠提高(gao)垃圾(ji)(ji)滲濾液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)可生化(hua)性,能(neng)夠為接(jie)下來的(de)(de)(de)(de)生化(hua)處理(li)提供(gong)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)保障。
4、芬頓(dun)設(she)備在含酚物(wu)質廢水中的應(ying)用
酚(fen)(fen)類物質的毒性比(bi)較(jiao)高,對人體(ti)有(you)致癌的作用(yong),是比(bi)較(jiao)難(nan)降解的工業廢水。芬頓工藝可以處理苯酚(fen)(fen)、甲酚(fen)(fen)等多種酚(fen)(fen)類,并且有(you)很好的效果。如果室溫合理,pH在3-6之間(jian),并且有氧(yang)化(hua)鐵(tie)催化(hua)劑,過氧(yang)化(hua)氫能(neng)(neng)夠(gou)(gou)對酚結構(gou)快速的(de)破壞,在(zai)氧(yang)化(hua)的(de)過程中能(neng)(neng)夠(gou)(gou)先將苯環分(fen)裂為二(er)元酸,然后生成二(er)氧(yang)化(hua)碳和水。
芬頓工藝在含酚廢(fei)水中的應用比較(jiao)多,能夠使廢(fei)水中的生(sheng)物毒害性(xing)減小,使廢(fei)水中的生(sheng)物降解性(xing)能得到改善。
芬(fen)頓設備的(de)(de)芬(fen)頓工藝能夠很(hen)好(hao)地降(jiang)解(jie)有(you)毒(du)有(you)機污染物,并且(qie)有(you)著比較(jiao)廣泛的(de)(de)應(ying)用氛(fen)圍,在實(shi)驗室以及實(shi)際(ji)應(ying)用中都(dou)(dou)取得了良好(hao)的(de)(de)效(xiao)(xiao)果。當(dang)前工業廢(fei)水處(chu)(chu)理中都(dou)(dou)提倡循環(huan)經濟的(de)(de)發(fa)展(zhan)模(mo)式,使用單一的(de)(de)污水處(chu)(chu)理廠(chang)對(dui)有(you)毒(du)的(de)(de)廢(fei)水進行(xing)處(chu)(chu)理,不能得到理想的(de)(de)效(xiao)(xiao)果,而芬(fen)頓工藝是一種十(shi)分(fen)有(you)效(xiao)(xiao)地廢(fei)水處(chu)(chu)理手段,能夠對(dui)廢(fei)水進行(xing)可生化(hua)性(xing)以及深度(du)處(chu)(chu)理,加之(zhi)其他(ta)技術實(shi)現中水回(hui)用,達(da)到循環(huan)利用的(de)(de)目的(de)(de)。