Fenton处理效率的影响因素

Fenton处理效率的影响因素编辑pH值因为Fe在溶液中的存在形式受制于溶液的pH值，所以Fenton试剂只在酸性条件下发生作用，在中性和碱性环境中，Fe不能催化H202产生·OH。研究者普遍认为，当pH值在2～4范围内时，氧化废水处理效果较好，最佳效果出现在pH=3时。Lin和Peng[10]在采用Fenton试剂处理纺织废水时发现，当pH值增加并超过3时，废水中的COD迅速升高，从而得到最优点pH=3。在该条件下，COD的去除率达到80%。Casero将Fenton试剂运用于芳香胺废水处理时发现，O-联茴香胺转化成开环有机物的过程与起始pH值无关。反应完全后，废水的pH值比起始pH值有所下降，原因可能是Fenton反应产物Fe水解使pH值下降。同时，Fenton试剂在较宽的pH值范围都能降解有机物，这就避免了对废水的缓冲。试剂配比在Fenton反应中，Fe起到催化剂的作用，是催化H202产生自由基的必要条件。在无Fe条件下，H202难于分解产生自由基。当Fe浓度很低时，反应(1)速度很慢，自由基的产生量小，产生速度慢，整个过程受到限制。当Fe浓度过高时，会将H202还原且被氧化成Fe，造成色度增加。J.Yoon研究了不同[Fe]/[H202]比值对反应的影响。在[Fe]/[H202]=2环境中，当有机物不存在时，Fe在几秒内消耗完。有机物存在时，Fe的消耗大大受到限制。但不管有机物存在与否，H202都在反应开始的几秒内被完全消耗。这表明，在高[Fe]/[H202]比值条件下，消耗H202产生·OH自由基的过程在几秒内进行完毕。在[Fe2+]/[H202]=1环境中，当有机物不存在时，H202的消耗在反应刚开始时消耗迅速，随后消耗速度缓慢。有机物存在时，H202的消耗在反应刚开始时非常迅速，随后完全停止。但不管有机物存在与否，Fe在反应刚开始后不久就被完全消耗。因此，反应开始时加入的Fe在90min内不能使H202消耗完。在[Fe]/[H202]≤1条件下，和[Fe]/[H202]=1时一样，Fe在反应刚开始后不久就被完全消耗，但H202被完全消耗的时间更长。反应温度根据反应动力学原理，随着温度的增加，反应速度加快。但对于Fenton试剂这样的复杂反映体系，温度升高，不仅加速正反应的进行，也加速副反应。因此，温度对Fenton试剂处理废水的影响复杂。适当的温度可以激活·OH自由基，温度过高会使H202分解成H2O和O2。Sheng[8]用Fenton试剂处理退浆废水时发现，最佳的反应温度出现在30℃，低于该温度出水的COD迅速升高。这可能是由FeSO4/H202的反应缓慢造成的。温度高于30℃时，由于H202分解带来的不良影响，COD去除率增加缓慢。Basu和Somnath用Fenton试剂处理三氯苯酚时发现，温度低于60℃时，温度低反应出现正效果，高于60℃时，不利于反应的进行。以上研究者得出不同结果，可能是由于废水成分不同造成的。投加方式正如前面所提，Fenton试剂在不同的Fe/H202比值下具有不同的处理功能。FeSO4大于H202时，Fenton试剂具有化学絮凝作用。当后者大于前者时，Fenton试剂具有化学氧化功能。因此，将整个反应过程分为两步进行，两步中考察不同的侧重点，可能具有实际意义。有关实验将Fenton试剂的一次投加(FeSO4/H202比值为400/1000)和二次投加(FeSO4/H202比值为300/100，100/900)进行比较，结果发现，尽管反应进行到第二步时，COD的去除率仍有累积效应。但总的去除率并没有明显的提高。动力学影响Fenton试剂化学氧化过程可用m级反应动力学模型表示；ShengH.Lin的研究发现，实验结果能很好的用一级反应动力学模型表达。反应速率常数和温度、FeSO4和H202的初始浓度有关，而且和H202比较起来，Fenton氧化对FeSO4的依赖更大。此外，影响Fenton试剂处理程度的因素还有诸如有机物的浓度、停留时间、压力等，因此，在工程实践中需要综合考虑多种因素以确定最佳的处理工艺，才能取得良好的经济运行效果。废水处理中的应用编辑处理染料废水纺织印染废水的组成复杂，是一种难降解的有机废水，如何对其进行无害化处理一直受到研究者的关注。采用Fenton氧化技术处理印染废水具有高效、低耗、无二次污染的优点。叶招莲和陈育红采用Fenton氧化针对酸性大红染料模拟废水进行了处理研究。研究发现H2O2与FeSO4的比值在3～6（质量比）之间时COD的降解率最高。顾平等对Fenton试剂处理活性黑KBR染料废水进行了研究。研究结果表明，当染料浓度为400mg/L，双氧水投量为0.4ml/L，硫酸亚铁投量为300mg/L时，脱色率能达到96%，COD去除率为70%，最佳初始pH值为3。处理苯、酚类废水酚类废水广泛存在于多种工业废水中，这种废水较难降解，且对微生物有毒害作用。在处理过程中，一般采用化学氧化法先对含酚废水进行预处理以降解其毒性，然后再用生物处理，在所有的氧化工艺中，Fenton氧化苯类及酚类物质所需的时间最短，因而，可望在此类废水的处理中得到广泛应用。Lou.J.C等以苯、甲苯和二甲苯的混合物(BTX)作为模拟化合物进行Fenton反应试验，结果表明：二甲苯可以用Fenton法处理，当H202:BTX:Fe=12:1:60时，溶解的BTX可以在10min内完全消失。刘勇弟等用Fenton试剂处理含酚废水得出pH值3～4左右，H202的用量为COD值的115倍理论量时处理效果较好。许多文献报道[8，9，10]都认为，Fenton试剂氧化氯酚类物质的反应是以自由基反应历程进行的。处理垃圾渗滤液随着城市垃圾的不断产生，垃圾渗滤液处理越来越引起人们的重视。城市垃圾渗滤液是一种组分复杂，可生化性差，水质变化很大的难处理废水。由于其含有高度难降解有机物，因而不利于活性污泥法的运行。Fenton氧化法可以解决上述问题，它可以使带有苯环、羟基、—COOH—SO3H、—NO2等取代基的有机化合物氧化分解，从而提高废水的可生化性，降低废水的毒性，改进其溶解性、沉淀性，有利于后续的生化或混凝处理。此外，Fenton试剂具有氧化迅速，温度、压力等条件缓和且无二次污染等优点而被广泛应用。经研究发现，Fenton氧化法处理废水时，主要将大分子的有机物氧化为小分子，从而降低垃圾渗滤液的COD。因此，Fenton氧化法对垃圾渗滤液中相对分子质量较小的有机物去除率不高。处理工程用水天津港油污水处理改造工程（主要处理南疆港区到港船舶排放的含油压舱水、洗舱水和石化小区排放的含油生产废水），Fenton法被用于混凝沉淀除盐及去除COD的。中国工程物理研究院采用Fenton氧化法预处理放射性废离子交换树脂（铀）可实现对717型、201×4型、201×7型3种常见含铀放射性废树脂的完全分解,残液中COD的去除率达97%以上，为放射性废离子交换树脂固化处理的前处理提供了一种新思路。研究发现，采用双极电Fenton法处理船舶含油废水，结果发现具有较高降解效果。Fenton法炼油废水阴、非离子表面活性剂泡沫的去除也效果良好。在饮用水中的应用随着饮用水原水水质的恶化及饮用水标准的提高，Fenton氧化法在饮用水处理中也得到了广泛的应用，主要集中在对卤代物的去除。WatterZTang等对Fenton法处理饮用水中的四种三卤代烷的动力学情况进行了深入研究，结果发现：对不同浓度的溴仿，当pH=3.5时，过氧化氢和亚铁离子的最佳摩尔比为1.9～3.7时溴仿在3min时的降解率可达85%，降解机理符合准一级动力学方程，但在此过程中氯仿并没有发生降解。这说明Fenton试剂更易降解三溴甲烷。此外，很多研究表明Fenton试剂可以有效的降解饮用水中的THMs，即使含量很少的情况，并且研究发现Fenton试剂还可以将THMs的前体物氧化成二氧化碳和水，从而解决了饮用水处理过程中的难点问题。