高级水处理工程师

环保培训网年，法国科学家Fenton发现酸性水溶液中Fe2+和H2O2混合后可以有效的将酒石酸氧化。y这项研究的发现为人们分析还原性有机物和选择性氧化有机物提供了一种新的方法。y后人为了纪念这位伟大的科学家，将Fe2+/H2O2命名为Fenton试剂，使用这种试剂的反应称为Fenton反应。2013年3月15日星期五2环保培训网‐反应生成OH⋅。y1948年Taube和Bray在实验中发现H2O2在水溶液中可以解离成HO2⋅，并诱发产生OH⋅，随后陆续出现关于O3和H2O2组合的高级氧化技术的报道。y1987年Glaze等首先系统的提出了高级氧化的定义，即利用反应中产生的强氧化性的OH⋅作为主要氧化剂氧化分解和矿化水中有机物污染物的氧化方法。y20世纪70年代，Prengle和Cary等率先发现光催化可以产生∙OH自由基，从而揭开了光催化高级氧化的研究序幕。y近20多年以来，各种高级氧化方法逐渐被发现并在水处理中获得应用。2013年3月15日星期五3环保培训网高级氧化技术‐‐‐‐是运用氧化剂、电、光照、催化剂等在反应中产生活性极强的自由基(如OH⋅、SO4‐⋅等), 再通过自由基与有机化合物间的加合、取代、电子转移、断键、开环等作用, 使废水中难降解的大分子有机物氧化降解成为低毒或者无毒的小分子, 甚至直接分解成为CO2和H2O, 达到无害化的目的。环保培训网氧化剂催化剂电、光辐射H2OH2OH2OH2O小分子大分子·OHCO2加合、取代电子转移、断键、开环高级氧化技术机理环保培训网与其它传统的氧化法相比，高级氧化技术具有如下特点：y(1)氧化能力强、选择性小、反应速率快：反应体系产生大量活泼的OH⋅，其氧化还原电位高达2.8V，与大多数有机物反应时速率常数可达106～109／(M∙S)；y(2) OH⋅具有很高的电负性或亲电子性，电子亲和能为569.3KJ，可诱发后面一系列的自由基链反应，从而达到去除污染物的目的；2013年3月15日星期五6环保培训网(3)反应条件温和，无需高温高压；y(4)即可作为单独处理技术，又可与其它处理过程相耦联，如作为生化处理的预处理，从而大大的降低处理成本；y(5)操作简单，易于设备化管理。2013年3月15日星期五7环保培训网高级氧化技术优势·OH优势设备简单反应速度快降解能力强无剩余污泥y高级氧化技术与传统的处理方法相比具有明显的优势：环保培训网在高级氧化技术中研究最为广泛的一种；y已有一百多年的应用历史；y1964年Eisenhauer首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂用于废水处理的先例。2013年3月15日星期五10环保培训网基本反应机理：yy链的起始链的起始yy链的终止链的终止yy三价铁还原反应三价铁还原反应yy羟基自聚合反应羟基自聚合反应2013年3月15日星期五11()）1.10（OH→2OH）1.9（O+OH→+OOH）1.8（O+Fe→O+Fe）1.7（H+O+Fe→HO+Fe）1.6（HOFe→HO+Fe）1.5（O+OH→2HO）1.4（O+OH→+HOOH）1.3（O+HHO→O+HOH）1.2（OH+Fe→+FeOH）1.1（+OHOH+Fe→OH+Fe222--222-232223222222222222222-32-3222⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++++++++++环保培训网反应的缺点问题：y①反应只是在pH值接近3的时候有较好的活性。在较高的pH下，例如pH大于6的时候，Fenton试剂的效果由于铁聚集和沉降而大大降低。并且在有氧气的情况下，Fe2+很容易被氧化成Fe3+，从而沉降下来失去催化作用。由于绝大多数废水的pH都是大于6的，需要预先调节废水的酸性，添加酸性试剂，因而增加了运行成本；2013年3月15日星期五12环保培训网反应的缺点问题：y②Fe2+并未起到严格意义上的催化作用。它需要铁盐的量是很高的，H2O2与铁的摩尔比值通常高达1:1或者2:1；2013年3月15日星期五13环保培训网反应的缺点问题：y③Fenton不能完全矿化有机物。绝大多数情况下，由于容易出现铁聚集和沉降现象，降解的中间产物即可与Fe3+形成稳定的络合物，又可与OH⋅的生成发生竞争，使用Fenton试剂降解有机污染物矿化程度很难超过60％；2013年3月15日星期五14环保培训网反应的缺点问题：y④OH⋅可以被天然水体中存在的碳酸根、磷酸根等无机离子淬灭而失活。有报道水体中的碳酸根就可以做为羟基自由基的淬灭剂，从而导致Fenton试剂处理效果的下降。2013年3月15日星期五15环保培训网法y针对传统Fenton法的上述问题，人们对其提出了很多改进措施；y1991年Zepp等人研究了光照下的Fenton反应，结果惊奇的发现Fenton体系中正辛醇、2‐甲基‐2‐丙醇、硝基苯的降解速度在光照条件下大大加快，从此人们开始研究把紫外光引入Fenton系统。2013年3月15日星期五16环保培训网(III)混合物的光解自由基反应·OH+AFenton反应Fe（II）+H2O2AmidAend·OHH2O2的光解直接光解A+hvλ300nmλ300nmFe(II)Fe(III)hν图20   UV/Fenton反应体系环保培训网法yUV/Fenton法的优点在于降低了用量，提高了H2O2的利用率。这是由于Fe3+和紫外光对H2O2的催化分解存在协同效应；y但在无光照的暗反应条件下,Fe3+催化H2O2系统对有机物的降解速率远远低于传统的Fenton试剂。2013年3月15日星期五18环保培训网法yFe3+在水溶液中的存在形式主要与介质酸碱度有关。在pH值等于3左右，Fe3+主要以Fe(OH)2+的形式存在。羟基化的铁离子呈现黄色并在紫外光区呈现配体—中心铁原子之间的电荷转移的吸收谱带(拖尾接近可见光区)，Fe3+的Fe(OH)2+吸收紫外光生成OH⋅和亚铁离子的反应方程式如下：y光还原产生的Fe2+又与H2O2反应，使OH⋅产率增加，形成Fe3+/Fe2+的循环，从而加速有机物的分解速率。2013年3月15日星期五19)11.1()(22⋅+++OHFehvOHFe环保培训网技术对制浆废水的处理图21Fenton和光Fenton反应对制浆废水A290和CODCr的影响y过氧化氢用量高，用于实际造纸厂成本过大，需要进一步研究低成本、处理效果好的方法。实验最佳PH值是强酸环境下，但造纸废水出水是弱碱性，需调整PH值才能达到理论效果。环保培训网非均相光催化氧化技术——TiO2光催化氧化y1972年Fujishima和Honda报道了在TiO2单晶电极上光辐射可持续发生水的氧化还原反应，产生H2，从而开辟了半导体光催化这一新的领域y1976年，Carey等人将TiO2用于催化光解多氯联苯(PCBs)，这是首次将TiO2用于环境净化领域。y1977年Frank和Bard将半导体材料TiO2用于还原含氰废水，取得了突破性的进展。2013年3月15日星期五21环保培训网(2)光催化氧化法y从七十年代到现在，全世界范围内掀起有关半导体光催化剂如何利用太阳光分解水制氢气和降解有机污染物，以及将太阳能转化为电能的研究热潮。半导体光催化剂有很多种，包括TiO2 、ZnO、Fe2O3、CdS、WO3等。其中TiO2因其光稳定性和高效性倍受人们青睐，在诸如水和空气纯化、细菌和病毒的破坏、癌细胞的杀伤、异昧的控制、光解水制氢、有机合成、金属回收、固氮及石油泄漏清除等方面得到了广泛的应用。2013年3月15日星期五22环保培训网(2)光催化氧化法yTiO2具有以下优点：①对紫外光的吸收率高，小于387nm的紫外光均能激发生成空穴‐电子对，可直接利用太阳光、荧光灯中含有的紫外光；②具有良好的抗腐蚀性和化学稳定性；③禁带宽度大，氧化还原能力强，有较高的光催化活性；④TiO2对很多污染物有较强的吸附能力；⑤TiO2价廉无毒，成本低。yTiO2成为目前使用最为广泛的光催化剂。2013年3月15日星期五23环保培训网 TiO2光催化氧化原理环保培训网图中所反映的机理涉及的基本的反应式表达如下：2013年3月15日星期五252TiOhheν+−+→+he+−+→热量2HOHOH+−→+hOHHO+−+→⋅222hHOOHOHO++−++→⋅++2hHOOHH+++→⋅+22eOO−−+→22OHHO−++→⋅22222OHOHO+→⋅2222OOHOHOOH++⋅→+−−OHhOH⋅→+222ν其他产物++→+⋅+OHCOOHOOrgan222nM()neM+−+→金属离子环保培训网悬浮式光催化反应器将粉体光催化剂直接加入待处理的废水中，通过搅拌，使之分散均匀，其催化剂表面积与反应器有效体积比很高，同时反应液和催化剂之间几乎不存在传质的限制，光催化降解效率高y负载式光催化