芬顿氧化技术处理废水的研究与应用-何杨

芬顿氧化技术处理废水的研究与应用课程名称：难降解工业废水处理班级：环境2010姓名：何杨时间：2013.12.12芬顿氧化技术处理废水的研究与应用一、概述与引言摘要：利用芬顿(Fenton)法对造纸废水生化出水进行深度处理，考察了废水pH值、反应时间、FeSO4投加量和H2O2投加量对废水中色度和CODCr去除率的影响。结果表明:在pH值为5．00、FeSO4投量为400mg/L、30%H2O2投量为200mg/L，反应时间为30min，出水CODCr可降至60mg/L以下，色度的去除率可达到74%，可以满足更为严格的造纸废水排放标准，为进一步的工程设计提供依据。关键词:Fenton试剂;深度处理;造纸废水前言：1894年，H．J．Fenton发现了采用Fe2+/H2O2体系能氧化多种有机物［1］。1964年加拿大学者H．R．Eisenhaner将Fenton试剂法成功的应用到处理苯酚废水和烷基废水上［2］。近年来，Fenton法成功的用于多种工业废水的处理日益受到国内外的关注［3－6］。Fenton法处理造纸废水的原理是以H2O2为氧化剂、以亚铁盐为催化剂的均相催化氧化法。反应中产生的羟基自由基(·OH)是一种氧化能力很强的自由基，能氧化废水中的有机物，从而降低废水的色度和COD值［7－8］。该方法不需要特制的反应系统，也不会分解产生新的有害物质［9］。另外，加入的Fe2+和一部分被氧化成的Fe3+都可在中性或碱性环境中水解絮凝，因此可替代混凝作用。利用该方法对难生物降解的造纸废水进行深度处理试验，考察了反应时间、进水pH值、FeSO4投加量和H2O2投加量对色度和CODCr去除效果的影响。二、芬顿试剂的反应机理Fenton技术所应用的Fenton试剂之所以具有很强的氧化能力，是因为其中含有Fe2+和H2O2，H2O2被亚铁离子催化分解生成羟基自由基（·OH），并引发更多的其他自由基，其反应机理如下：Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OHFe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+Fe2++·OH→OH-+Fe3+RH+·OH→R·+H2OR·+Fe3+→R++Fe2+R++O2→ROO+→…→CO2+H2OFenton试剂处理有机物的实质就是羟基自由基与有机物发生反应。三、芬顿试剂的分类1标准芬顿试剂标准芬顿试剂是由H2O2和Fe2+组成的混合体系,它通过催化分解H2O2产生的·OH进攻有机物分子夺取氢,将大分子有机物降解为小分子有机物或矿化为二氧化碳和水等无机物。该系统的优点是:在黑暗中就能降解有机物,节省了设备投资。主要缺点为:反应速率较慢,H2O2的利用率低,有机物矿化不充分,处理后的水可能带有颜色,较难应用于饮用水的处理。2光-芬顿试剂针对标准芬顿法过氧化氢的利用率低、有机物矿化不充分等缺点,人们把光照(紫外光或可见光)引入标准芬顿体系,形成了光-芬顿试剂。反应体系在光的照射下,可以提高其处理效率和对有机物的降解程度,降低Fe2+的用量,保持H2O2较高的利用率。光-芬顿试剂具有很强的氧化能力,对有机物矿化程度较好,但其缺点是处理费用较高。随着对芬顿法的进一步研究,人们把草酸盐引入光-芬顿体系中,发现草酸盐的加入可有效提高体系对紫外线和可见光的利用效果。3电-芬顿试剂电-芬顿试剂就是在电解槽中通过电解反应生成H2O2或Fe2+,从而形成芬顿试剂,并让废水流入电解槽,由于电化学作用,使反应机制得到改善,从而提高了试剂的处理效果。该法综合了电化学反应和芬顿氧化,充分利用了二者的氧化能力。它与光-芬顿法相比自动产生H2O2的机制较完善。导致有机物降解的因素较多,除·OH的氧化作用外,还有阳极氧化、电吸附等。四、芬顿试剂的影响因素根据上述Fenton试剂反应的机理可知，OH·是氧化有机物的有效因子，而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]决定了OH·的产量，因而决定了与有机物反应的程度。影响该系统的因素包括溶液pH值、反应温度、H2O2投加量及投加方式、催化剂种类、催化剂与H2O2投加量之比等。五、试验部分1.试剂和废水试剂:双氧水(30%)、绿矾(七水硫酸亚铁)、氢氧化钠、浓硫酸均为分析纯;试验水质:试验用水取自河南某造纸厂生化出水，水质特征:pH值为6～9，CODCr为110mg/L，色度为100度。2.试验方法取300mL水样置于500mL烧杯中，用H2SO4或NaOH调节pH值，再向废水中加入一定量的硫酸亚铁和双氧水，迅速混合，反应一段时间后取出，调节其pH值至中性，取上清液进行分析，采用国家标准分析方法测定COD和色度。3.处理工艺流程六．结果与讨论1.反应时间与色度、CODCr去除率的关系试验条件:初始CODCr=110mg/L，色度=100倍，pH=5．00，FeSO4投加量=400mg/L，30%H2O2投加量=200mg/L，通过调节停留时间来调节反应时间。试验结果见图1。图1反应时间与色度、COD去除率的关系由图1可知，在前30min内，CODCr和色度的去除率随反应时间的延长而增加，而30min后，CODCr和色度的去除率趋于平缓。这表明，反应前段时间主要是生成新生态的·OH，反应一段时间随着生成·OH量增多，这时分解破坏一些难分解的有机物占主导地位，反应后期，随着·OH量的减少和难降解物质的减少，CODCr的去除率趋于稳定。2．2pH值对色度、CODCr去除率的关系试验条件:初始CODCr=110mg/L，色度为100倍，FeSO4投加量为400mg/L，H2O2投加量为200mg/L，通过往造纸废水中加硫酸调节废水的pH值。试验结果见图2。图2反应pH值与色度、COD去除率的关系由图2可知，pH=5时，CODCr和色度的去除效果最好，过高或过低的pH使CODCr和色度的去除效果都有一定的下降。这主要跟Fenton试剂的作用机理有关，H+浓度高，对Fenton反应有抑制作用，影响Fe2+的催化再生及·OH的产生;当pH较高时，不仅抑制了·OH的产生，同时也会使Fe2+和Fe3+生成氢氧化物沉淀而降低或失去催化作用;同时较高的pH值也能使H2O2产生无效分解，降低氧化效率。2.3.FeSO4投加量对色度、CODCr去除率的关系试验条件:初始CODCr=110mg/L，色度=100倍，pH=5．00，H2O2投加量=200mg/L，投入不同的FeSO4量来调节Fe2+浓度。试验结果见图3。图3FeSO4投加量与色度、COD去除率的关系由图3可知，当催化剂Fe2+浓度较小时，不利于催化反应的充分进行，产生的·OH的量较少，且后续的絮凝沉淀效果也差。Fe2+浓度过高，不仅使反应后的出水色度增大，而且过量的Fe2+会使H2O2分解速度过快，在短时间内使·OH的浓度达到很高，部分·OH来不及与有机物反应便发生了相互间的自由基反应［10］，从而降低了对·OH的利用率。2．4H2O2投加量对色度、CODCr去除率的关系试验条件:初始CODCr=110mg/L，色度=100倍，pH=5．00，FeSO4投加量=400mg/L，加入不同的H2O2溶液。试验结果见图4。图4H2O2投加量与色度、CODCr去除率的关系由图4可知，随着H2O2用量的增加，色度和CODCr的去除率也随着增加。这是因为Fenton氧化作用主要靠H2O2在Fe2+的催化作用下产生·OH来去除有机物，所以H2O2的投加量直接影响着Fenton的氧化效果。当H2O2投加量继续增加时，CODCr的去除率不仅没增加反而下降，这说明在Fenton氧化过程中，并不是H2O2浓度越高氧化效果越好，相反过量的H2O2会残留在溶液中，而H2O2在CODCr的测量中可被重铬酸钾氧化，从而在一定程度上增加了出水的CODCr值。在H2O2过量的情况下，大量的Fe2+会在一开始就被氧化成Fe3+，消耗了H2O2的同时又抑制了·OH的产生。七．结语(1)评价结果表明，浐河河段NH3-N指标未出现超标现象，上游段的高桥、咸宁桥断面COD、BOD指标，均已达到II类水质标准。中游段的长乐桥断面、华清桥断面的COD、BOD指标严重超标。下游段的浐灞大道、浐河口断面的COD、BOD指标出现较严重超标，监测均值为劣V类水质。总之，浐河咸宁桥以上断面河段均满足相应水质标准，咸宁桥以下河段由于受到排污的影响污染严重，主要污染因子为COD，监测均值已超过Ⅴ类水质标准。(2)灞河浐灞交汇口以上断面(田王桥、C号坝、B号坝、灞河口)COD、BOD、NH3-N指标均未出现相应水质标准的超标现象。A号坝断面与三郎村断面COD、BOD指标相对于Ⅳ类水质标准，出现超标现象，而NH3-N指标达到了Ⅳ类水质标准。北绕城高速断面COD、BOD、NH3-N指标出现严重超标，COD监测均值为劣V类水质。总之，灞河在浐灞交汇口以上断面没有污染源排放，该区段水质较好满足相应水质标准，灞河在浐灞汇合后的河段受到浐河河段排污以及618渠污水的影响，为劣Ⅴ类水质。参考文献［1］巨兴顺，陶林威，张楷，等．西安市浐灞河流域水资源开发利用规划报告［R］．陕西省水文水资源勘测局，2007．［2］井涌，巨兴顺．西安市浐灞河流域水资源配置总体布局研究［J］．水文，2009，29(4):52－54．［3］杨晓婷，王文科，王杰，等．西安浐灞拦河造湖工程对地下水环境的影响［J］．人民黄河，2010，32(4)，85－86．［4］孙旭，宋孝玉．西安市浐灞河流域水环境问题及治理措施［J］．水资源与水工程学报，2009，20(5):44－49．［5］GB3838－2002．地表水环境质量标准［S］．［6］肖玲，王书转，张健．秦岭北麓主要河流的水质现状调查与评价［J］．干旱区资源与环境，2008，22(1):74－78．［7］任珺，陶玲，郭彦英．国内外饮用水水质标准的综合评价［J］．中国环境监测，2007，23(6):20－24