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芬頓反應器,又叫(jiao)做(zuo)芬(fen)頓設備、芬頓氧(yang)化設(she)(she)備,芬頓反應設(she)(she)備,芬頓反應裝置(zhi)等,是對廢水進行氧(yang)化的(de)必要設(she)(she)備。
一(yi)、芬頓設備主(zhu)要特點:
投資省;占地小;處理效率(lv)高;運行費用(yong)低;易自控;氧化能力強,運行費相對低;pH值正(zheng)常;反應時間(jian)少等(deng)。
二、芬頓設備工藝的(de)優點
①對環境友善:處理后不像其它的化學藥(yao)品(pin),如(ru)漂白(bai)水(shui)(次氯酸鈉),易(yi)產生氯化有機物等(deng)毒性(xing)物質,對(dui)環境造成傷害。
②占地空間小:有機物氧化的(de)速(su)度相(xiang)當快,所需(xu)的(de)停(ting)留時間短,約0.5~2小時即(ji)可(ke),不(bu)像(xiang)一般的生物處理約需12~24小時,因時間短,相(xiang)對反應(ying)槽容積(ji)不需太(tai)大,可節省空間。
③操作(zuo)彈性(xing)大:可依進(jin)流水水質的好壞來改變操作(zuo)條件,提(ti)高(gao)處(chu)理量(liang)。而一般的生物(wu)處(chu)理難以彈性(xing)操作(zuo)。針(zhen)對較高(gao)的污染量(liang)只需提(ti)高(gao)亞鐵及H2O2加藥(yao)量(liang)及適當(dang)的pH控制即可。
④初設成本低:與一般的(de)生物(wu)處理(li)系統相較,約只須(xu)其投資成本的(de)1/3~1/4。
⑤氧化能力(li)強:所產(chan)生的氫氧自由基(ji)(OH)氧化能力相(xiang)當(dang)強(qiang)。可(ke)處(chu)理多種毒性物質,如氯乙烯、BTEX、氯苯、酚(fen)、多(duo)氯聯苯、TCE、DCE、PCE等,另(ling)EDTA和酮類(lei)MTBE、MEK等亦(yi)有效(xiao)。
三、芬頓設備的原理
過(guo)氧化氫(H2O2)與二價鐵離子(Fe2+)的混合溶液把大分子(zi)氧(yang)化成小分子(zi)把小分子(zi)氧(yang)化成二(er)氧(yang)化碳(tan)和(he)水,同時FeSO4可以被氧化成(cheng)3價鐵離子,有一定的(de)絮凝的(de)作用,3價(jia)鐵(tie)離子變成氫氧化(hua)(hua)鐵(tie),有一定的網捕作用,從而達到處理(li)(li)水(shui)的目的。芬頓試(shi)劑(ji)在(zai)環境化(hua)(hua)學中(zhong)找到了(le)它的位置,具有去除難降解有機污染物的高能(neng)力的芬頓試(shi)劑(ji),在(zai)印染廢(fei)(fei)(fei)水(shui)、含(han)油廢(fei)(fei)(fei)水(shui)、含(han)酚(fen)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)、焦化(hua)(hua)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)、含(han)硝基苯廢(fei)(fei)(fei)水(shui)、二苯胺(an)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)等(deng)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)處理(li)(li)中(zhong)體現了(le)很廣泛的應用。
四、影響(xiang)芬頓設備反應(ying)的因素(su)
影響Fenton法氧化反應效果(guo)與速率因子(zi):反應物本身的特性,H2O2的劑量,Fe2+的濃度(du),pH值(zhi),反應時間,溫(wen)度。
1、溫度因素
在芬頓反(fan)應中,溫度(du)是(shi)影響其效果的(de)重要因素,溫度(du)不斷升(sheng)高(gao),芬頓反(fan)應的(de)速度(du)會(hui)逐漸加(jia)快,隨著溫度(du)的(de)提高(gao),˙OH的生成速度會(hui)提高(gao),能(neng)夠促進(jin)˙OH與有機物發生反應,使氧化效(xiao)果得(de)到(dao)提(ti)升,提(ti)高CODCr的(de)去除率。溫度的(de)升高(gao)也會使H2O2的分解(jie)速度加快(kuai),分解(jie)成O2與H2O,這對于˙OH的(de)生(sheng)成是不(bu)利(li)的(de)芬頓(dun)。不(bu)同類型的(de)工(gong)業廢水中,芬頓(dun)反應的(de)最合適溫度也是不(bu)同的(de),
2、pH值
通常情(qing)況下,在酸性環境下,芬頓試(shi)劑(ji)才會發生反應,pH的提高(gao)會使˙OH得出現受(shou)到限制(zhi),并(bing)且(qie)會出現氫(qing)氧化(hua)鐵沉(chen)淀,催化(hua)能力喪失。如果(guo)溶液中有(you)濃度較高的H+,Fe3+不能被(bei)還原為Fe2+,催化反應就(jiu)會受(shou)到阻礙芬(fen)頓。有研(yan)究結果表明(ming)在酸性環境下,尤其是pH在3-5之(zhi)間時(shi),芬頓(dun)試劑有(you)很(hen)強的(de)氧(yang)化能力,這時(shi)有(you)機物的(de)降解速度比較快,能夠在幾(ji)分鐘內降解。同時(shi)有(you)機物的(de)反(fan)應速率與Fe2+以及過氧化氫的初始(shi)濃(nong)度(du)成正比例關系。在工(gong)業(ye)處理中使用芬頓工(gong)藝,需要將廢水的pH調到3.5左右為最佳。
3、有機物
對(dui)于不同類(lei)(lei)型的(de)(de)工業(ye)廢(fei)水(shui),芬頓試(shi)劑的(de)(de)使(shi)用量以及氧化(hua)效果是(shi)存在差異的(de)(de),主要是(shi)由(you)于不同類(lei)(lei)型的(de)(de)工業(ye)廢(fei)水(shui)中,存在著不同類(lei)(lei)型的(de)(de)有(you)機(ji)物(wu)。對(dui)于糖類(lei)(lei)等碳水(shui)化(hua)合物(wu),由(you)于受到羥基(ji)自由(you)基(ji)的(de)(de)作用,分子會出(chu)現脫氫反(fan)應,C-C鍵斷鏈;對于具有水溶性的高分子和(he)乙(yi)烯(xi)化(hua)合物(wu),羥基(ji)自由基(ji)會使C=C鍵斷裂。羥基(ji)自由基(ji)能夠使芳香族化(hua)合物出現開環(huan)進而形(xing)成脂(zhi)肪類的(de)化(hua)合物,使這種類型(xing)廢(fei)水(shui)中的(de)生物毒性(xing)降低,使其可生化(hua)性(xing)得(de)到(dao)改善。
4、H2O2與催化劑(ji)投入數量(liang)
利用(yong)芬(fen)頓(dun)工(gong)藝(yi)對(dui)工(gong)業(ye)廢水進行處(chu)理時(shi),需要明(ming)確藥劑投(tou)入的(de)數量及其經濟(ji)性(xing),如(ru)果其中(zhong)投(tou)入的(de)H2O2量比較大,就會(hui)提高廢水中CODCr的去除(chu)率。但(dan)是到達一定數量后,CODCr的去除率(lv)會呈(cheng)現出逐(zhu)漸下降的趨勢(shi)。催(cui)化(hua)劑的投入數量與H2O2的投入量存在著相(xiang)同(tong)的情(qing)況,Fe2+的數(shu)量增(zeng)加,CODCr的(de)去除率會提高(gao),達到一定程(cheng)度后,CODCr的去(qu)除率就會下(xia)降芬頓(dun)。在(zai)實(shi)際的工(gong)作中(zhong)需要通過實(shi)驗明確H2O2與催化劑(ji)的投入數量(liang)。
五(wu)、芬頓設備在(zai)部分工(gong)業(ye)廢水處理中的應(ying)用
1、芬頓設備在印染廢水中(zhong)的應用
印染(ran)廢(fei)水(shui)中色(se)度比較(jiao)高(gao)(gao),化(hua)學需氧量的(de)(de)濃(nong)度比較(jiao)高(gao)(gao),含鹽量也比較(jiao)高(gao)(gao),可生(sheng)化(hua)性不(bu)強(qiang)。芬頓試劑具有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)氧化(hua)性,能夠(gou)使一些難以通過(guo)生(sheng)物(wu)降解的(de)(de)有機物(wu)轉換成可生(sheng)化(hua)性比較(jiao)好(hao)的(de)(de)物(wu)質(zhi),對染(ran)料中發色(se)的(de)(de)基團進(jin)行破壞,使色(se)度降低,因而被廣泛(fan)的(de)(de)應(ying)用到印染(ran)廢(fei)水(shui)處理(li)中。利用芬頓衍生(sheng)的(de)(de)工藝手段,例如(ru)利用微電解-Fenton氧化工藝對蒽醌染整廢(fei)水進行處(chu)理,這種廢(fei)水難以降解,化學(xue)需氧量的去除率在(zai)93.5%左右(you),BOD5的去除率(lv)為93%左右,出(chu)水色(se)度能夠(gou)除掉(diao)95.5%左右。在pH為(wei)2-4之間時,過氧化氫的投入(ru)量為30g/L,催(cui)化劑的投入量是(shi)過氧化氫的1/150時,使用芬頓工藝對中間體(ti)H酸生產(chan)的廢(fei)水進行處理,能夠(gou)達到(dao)50%的化學需氧量(liang)去除率。
2、芬(fen)頓設備(bei)在焦(jiao)化廢(fei)水(shui)中的應(ying)用
焦化(hua)(hua)廢水(shui)中(zhong)有(you)難(nan)以生(sheng)化(hua)(hua)降解的(de)多(duo)稠環芳烴和含(han)氮雜環化(hua)(hua)合(he)物,廢水(shui)中(zhong)含(han)有(you)很(hen)多(duo)生(sheng)物毒性,抑制(zhi)性的(de)物質也比較(jiao)多(duo),即(ji)使進(jin)行(xing)生(sheng)化(hua)(hua)處理(li)(li)(li),廢水(shui)也很(hen)難(nan)達(da)到(dao)(dao)標準。厭氧好(hao)氧工(gong)藝(yi)(yi)法(fa)無法(fa)使焦化(hua)(hua)廢水(shui)達(da)到(dao)(dao)合(he)理(li)(li)(li)的(de)排放標準,雖然使用活性炭工(gong)藝(yi)(yi)進(jin)行(xing)處理(li)(li)(li)能(neng)夠(gou)達(da)到(dao)(dao)一(yi)定的(de)效果,但是這(zhe)種工(gong)藝(yi)(yi)方法(fa)的(de)成本消耗比較(jiao)高,并(bing)且會出(chu)現二(er)次污染(ran)。芬(fen)頓工(gong)藝(yi)(yi)在難(nan)降解有(you)機物廢水(shui)處理(li)(li)(li)中(zhong)有(you)著(zhu)廣闊的(de)發展前景,并(bing)且能(neng)夠(gou)實(shi)現良(liang)好(hao)的(de)效果。
3、芬頓設備垃圾滲濾液中(zhong)的應用
垃(la)圾(ji)(ji)滲濾液中含(han)有(you)很高(gao)濃度的(de)有(you)機物(wu)(wu),其中的(de)大(da)部分是難(nan)以通過(guo)生(sheng)物(wu)(wu)降解(jie)的(de)有(you)機物(wu)(wu),還有(you)很多有(you)毒有(you)害的(de)物(wu)(wu)質,氨(an)氮的(de)濃度比較高(gao),微生(sheng)物(wu)(wu)營養元素(su)的(de)比例(li)嚴重失調,使用一(yi)般(ban)的(de)生(sheng)化(hua)(hua)處理(li)(li)工藝,過(guo)程比較復雜,效果(guo)一(yi)般(ban)。而(er)使用芬(fen)頓工藝對生(sheng)化(hua)(hua)處理(li)(li)后的(de)垃(la)圾(ji)(ji)滲濾液進行處理(li)(li),出水水質能(neng)夠(gou)達到二(er)級污(wu)水排(pai)放標準,能(neng)夠(gou)提高(gao)垃(la)圾(ji)(ji)滲濾液的(de)可(ke)生(sheng)化(hua)(hua)性,能(neng)夠(gou)為接下來的(de)生(sheng)化(hua)(hua)處理(li)(li)提供重要的(de)保障。
4、芬頓設備在含酚物質廢(fei)水(shui)中的(de)應(ying)用
酚類物質的(de)(de)毒性比較(jiao)高(gao),對人體(ti)有致癌的(de)(de)作用,是比較(jiao)難降解的(de)(de)工業(ye)廢水。芬頓(dun)工藝可以(yi)處理苯(ben)酚、甲酚等(deng)多種(zhong)酚類,并且有很好的(de)(de)效果。如果室溫(wen)合理,pH在(zai)3-6之間,并(bing)且(qie)有氧化(hua)鐵催(cui)化(hua)劑,過(guo)氧化(hua)氫(qing)能夠對酚(fen)結構(gou)快速(su)的破壞,在氧化(hua)的過(guo)程中能夠先將苯(ben)環分裂為(wei)二(er)元酸,然后生成二(er)氧化(hua)碳和水。
芬頓(dun)工藝在含酚廢水(shui)中的應用比較多,能夠(gou)使廢水(shui)中的生物毒害性減小,使廢水(shui)中的生物降解性能得到改善。
芬頓(dun)設備的(de)芬頓(dun)工藝能(neng)夠很好地降(jiang)解有毒(du)有機(ji)污染物,并且(qie)有著比較(jiao)廣泛的(de)應用(yong)氛(fen)圍,在實驗室以及(ji)實際(ji)應用(yong)中(zhong)都(dou)取得了良好的(de)效(xiao)果(guo)(guo)。當前工業廢水(shui)處理(li)(li)(li)中(zhong)都(dou)提倡循環經濟的(de)發展模式,使用(yong)單一(yi)的(de)污水(shui)處理(li)(li)(li)廠對有毒(du)的(de)廢水(shui)進行處理(li)(li)(li),不能(neng)得到理(li)(li)(li)想的(de)效(xiao)果(guo)(guo),而芬頓(dun)工藝是一(yi)種十分有效(xiao)地廢水(shui)處理(li)(li)(li)手段(duan),能(neng)夠對廢水(shui)進行可生化性(xing)以及(ji)深度(du)處理(li)(li)(li),加之其(qi)他技(ji)術實現中(zhong)水(shui)回用(yong),達到循環利用(yong)的(de)目的(de)。