芬顿反应

芬顿反应是一种无机化学反应,过程是过氧化氢(H2O2) 与二价铁离子Fe 的混合溶液将很多已知 的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态。反应具有去除难降解有机污染物 的高能力,在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中有很广泛 的应用。

企业废水处理工艺

水处理工艺最少要3 个环节,如厌氧－好氧－絮凝。多 年以为我国 的污水处理采用传统工艺进行污水处理,随着近 年来国家逐渐提高污水排放标准,例如：本来印染厂就设计COD100mg/L以内 的,现在COD要提高到80mg/L,到2016 年1月1日,还要求提到60mg/L。这表明我国对废水 的排放标准越来越严格,处理力度越来越大。
    传统工艺只要药剂质量不好就难以稳定达标。在这 个时候,许多企业就会采用深度处理工艺进行废水处理以适应新 的废水排放标准,比如臭氧处理,芬顿处理(硫酸亚铁+双氧水）,膜处理,电吸咐等等。目前应用最为广泛,市场最为认可 的便是芬顿法(硫酸亚铁+双氧水）处理废水。

芬顿处理缺点与问题

采用芬顿深度处理工艺 的特点是需要有条件,要求前面处理效果比较好,污染物溶度比较低等。芬顿法处理 的主要药剂是硫酸亚铁,双氧水,酸,碱（方法是反应后回调PH值）。

一、影响芬顿反应 的因素

1、温度因素

在芬顿反应中,温度是影响其效果 的重要因素,温度不断升高,芬顿反应 的速度会逐渐加快,随着温度 的提高,?OH 的生成速度会提高,能够促进?OH与有机物发生反应,使氧化效果得到提升,提高CODCr 的去除率。温度 的升高也会使H₂O₂ 的分解速度加快,分解成O₂与H₂O,这对 于?OH 的生成是不利 的[1]。不同类型 的工业废水中,芬顿反应 的最合适温度也是不同 的。

2、pH值

通常情况下,在酸性环境下,芬顿试剂才会发生反应,pH 的提高会使?OH得出现受到限制,并且会出现氢氧化铁沉淀,催化能力丧失。如果溶液中有浓度较高 的H⁺,Fe³⁺不能被还原为Fe²⁺,催化反应就会受到阻碍[2]。有研究结果表明在酸性环境下,尤其是pH在3-5之间时,芬顿试剂有很强 的氧化能力,这时有机物 的降解速度比较快,能够在几分钟内降解。同时有机物 的反应速率与Fe2+以及过氧化氢 的初始浓度成正比例关系。在工业处理中使用芬顿工艺,需要将废水 的pH调到3.5左右为最佳。

3、有机物

对 于不同类型 的工业废水,芬顿试剂 的使用量以及氧化效果是存在差异 的,主要是由 于不同类型 的工业废水中,存在着不同类型 的有机物。对 于糖类等碳水化合物,由 于受到羟基自由基 的作用,分子会出现脱氢反应,C-C键断链；对 于具有水溶性 的高分子 和乙烯化合物,羟基自由基会使C=C键断裂。羟基自由基能够使芳香族化合物出现开环进而形成脂肪类 的化合物,使这种类型废水中 的生物毒性降低,使其可生化性得到改善。4、H₂O₂与催化剂投入数量利用芬顿工艺对工业废水进行处理时,需要明确药剂投入 的数量及其经济性,如果其中投入 的H₂O₂量比较大,就会提高废水中COD_Cr 的去除率。但是到达一定数量后,COD_Cr 的去除率会呈现出逐渐下降 的趋势。催化剂 的投入数量与H₂O₂ 的投入量存在着相同 的情况,Fe²⁺ 的数量增加,COD_Cr 的去除率会提高,达到一定程度后,COD_Cr 的去除率就会下降[3]。在实际 的工作中需要通过实验明确H₂O₂与催化剂 的投入数量。

二、芬顿工艺在工业废水处理中 的应用

1、印染废水中色度比较高,化学需氧量 的浓度比较高,含盐量也比较高,可生化性不强。芬顿试剂具有较高 的氧化性,能够使一些难以通过生物降解 的有机物转换成可生化性比较好 的物质,对染料中发色 的基团进行破坏,使色度降低,因而被广泛 的应用到印染废水处理中。利用芬顿衍生 的工艺手段,例如利用微电解-Fenton氧化工艺对蒽醌染整废水进行处理,这种废水难以降解,化学需氧量 的去除率在93.5%左右,BOD₅ 的去除率为93%左右,出水色度能够除掉95.5%左右。在pH为2-4之间时,过氧化氢 的投入量为30g/L,催化剂 的投入量是过氧化氢 的1/150时,使用芬顿工艺对中间体H酸生产 的废水进行处理,能够达到50% 的化学需氧量去除率。

2、芬顿工艺在焦化废水中 的应用

焦化废水中有难以生化降解 的多稠环芳烃 和含氮杂环化合物,废水中含有很多生物毒性,抑制性 的物质也比较多,即使进行生化处理,废水也很难达到标准。厌氧好氧工艺法无法使焦化废水达到合理 的排放标准,虽然使用活性炭工艺进行处理能够达到一定 的效果,但是这种工艺方法 的成本消耗比较高,并且会出现二次污染。芬顿工艺在难降解有机物废水处理中有着广阔 的发展前景,并且能够实现良好 的效果。

3、芬顿工艺在垃圾渗滤液中 的应用

垃圾渗滤液中含有很高浓度 的有机物,其中 的大部分是难以通过生物降解 的有机物,还有很多有毒有害 的物质,氨氮 的浓度比较高,微生物营养元素 的比例严重失调,使用一般 的生化处理工艺,过程比较复杂,效果一般。而使用芬顿工艺对生化处理后 的垃圾渗滤液进行处理,出水水质能够达到二级污水排放标准,能够提高垃圾渗滤液 的可生化性,能够为接下来 的生化处理提供重要 的保障。

4、芬顿工艺在含酚物质废水中 的应用

酚类物质 的毒性比较高,对人体有致癌 的作用,是比较难降解 的工业废水。芬顿工艺可以处理苯酚、甲酚等多种酚类,并且有很好 的效果。如果室温合理,pH在3-6之间,并且有氧化铁催化剂,过氧化氢能够对酚结构快速 的破坏,在氧化 的过程中能够先将苯环分裂为二元酸,然后生成二氧化碳 和水。芬顿工艺在含酚废水中 的应用比较多,能够使废水中 的生物毒害性减小,使废水中 的生物降解性能得到改善。

5、结束语

芬顿反应能够很好地降解有毒有机污染物,并且有着比较广泛 的应用氛围,在实验室以及实际应用中都取得了良好 的效果。当前工业废水处理中都提倡循环经济 的发展模式,使用单一 的污水处理厂对有毒 的废水进行处理,不能得到理想 的效果,而芬顿工艺是一种十分有效地废水处理手段,能够对废水进行可生化性以及深度处理,加之其他技术实现中水回用,达到循环利用 的目 的。

芬顿试剂法是针对一些特别难降解 的机有污染物如高COD,利用硫酸亚铁 和双氧水 的强氧化还原性,生成反应强氧化性 的羟基自由基,与难降解 的有机物生成自由基,最后有效 的氧化分解（芬顿（Fenton）试剂反应机理）。芬顿试剂 的处理效果受到废水污染物浓度,反应 的pH值,硫酸亚铁与双氧水 的比例,双氧水 的投加浓度 的影响。

芬顿试剂 的主要药剂是硫酸亚铁与双氧水与碱。硫酸亚铁与双氧水 的投加顺序会影响到废水 的处理效果。先通过正交实验将硫酸亚铁与双氧水 的投加比例得出（一旦控制不好便容易返色）。再按照先调PH值,投加硫酸亚铁,再投加双氧水,再进行PH值调节 的顺序进行投加。在硫酸亚铁投加后反应15分钟左右,再进行双氧水 的投加,反应20~40分钟后再加入碱回调pH值,处理效果更佳。

由 于芬顿氧化过程中硫酸亚铁 的大量投加,使得硫酸亚铁中铁离子 的大量沉淀,产了大量 的铁泥。甚至会造成大量 的污泥悬浮物在废水中难以沉降。出现这种情况 的原因大多数是因为硫酸亚铁与双氧水 的投加比例没有控制好,或双氧水投加过量、反应不彻底导致。出现这种情况后可以通过投加絮凝剂（聚丙烯酰胺）进行强化絮凝沉淀。或者通过投加石灰粉进行PH值调节及助凝对悬浮物进行凝聚沉淀。

一般在污水处理工程上,采用芬顿都有特殊 的反应条件 和足够 的反应时间,如果确定芬顿反应进行彻底,可在水中投加非离子型 的聚丙烯酰胺,它可以帮助污泥加速沉降。利用硫酸亚铁芬顿对一些高色度与高COD废水 的去除率都可以达到90%-95%。