2021-07-09
芬顿催化氧化
芬顿催化氧化
一、工艺简介
芬顿催化氧化法是以亚铁离子(
)为催化剂用过氧化氢(
)进行化学氧化的废水处理方法。
1894年，法国人H,J,HFenton发现采用
、
体系能氧化多种有机物。后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物，其实质是
在
的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由 (•OH)。•OH可与大多数有机物作用使其降解。随着研究的深入,又把紫外光(UV)、草酸盐 (C2O42-)等引入Fenton试剂中,使其氧化能力大大增强。从广义上说,Fenton法是利用催化剂、 或光辐射、或电化学作用，通过H2O2产生羟基自由基(•OH)处理有机物的技术。近年来， 越来越多的研究者把Fenton试剂同别的处理方法结合起来，如生物处理法、超声波法、混凝法、沉淀法，活性炭法等，从发展历程来看，Fenton法基本上是沿着光化学，电化学和其它方法联用三条路线向前发展的。
总上述所说，芬顿法的实质是二价铁离子(
)、和双氧水之间的链反应催化生成羟基自由基，具有较强的氧化能力，其氧化电位仅次于氟，高达2.80V。另外, 羟基自由基具有很高的电负性或亲电性，其电子亲和能高达 569.3kJ 具有很强的加成反应特性，因而 Fenton试剂可无选择氧化水中的大多数有机物，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水的氧化处理。
芬顿试剂是由亚铁离子（
）与过氧化氢（
）共同组成的氧化体系，
在
和紫外光的催化作用下通过链式反应产生氧化性极强的羟基自由基，是一种很强的氧化体系。与研究的主要湿氧化技术
，
体系相比，具有较大的优势，该技术的应用和研究主要集中在环保领域中难降解有机废物的处理与处置。
芬顿工艺具有基建投资低、运行费用低、操作工艺简单等优点，近年来在难降解工业废水处理中得到了广泛应用。与其他传统的水处理方法相比，Fenton氧化法具有以下特点：
(1)反应速率高，在
离子的作用下，
能够迅速分解产生•OH，•OH具有极强的得电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8V，其氧化能力仅次于氟；
(2)•OH可以直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物；
(3)由于羟基自由基的氧化能力很强，所以反应速度快，可以在较短的反应时间内达到处理要求；
(4)芬顿反应可以作为单独处理工艺，又可与其他处理工艺相结合，提供处理效率且能够降低处理成本。
芬顿反应器示意图如下：
二、工艺原理
芬顿试剂是由亚铁离子（
）与过氧化氢（
）共同组成的氧化体系，
在
和紫外光的催化作用下通过链式反应产生氧化性极强的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。芬顿氧化法可有效地处理含硝基苯,ABS等有机物的废水以及用于废水的脱色、除恶臭。
芬顿工艺在废水处理中的运用
近年来，随着污水中污染物成分越来越复杂，传统的生化系统很难处理达标。工艺芬顿试剂在工业废水处理中的广泛应用，用来处理难以降解的有机污染物。
焦化废水焦化废水
焦化废水焦化废水中含有难生化降级的多稠环芳烃和含氮杂环化合物，废水中生物毒性及抑制性物质多，生化处理后废水难以达标[8]。传统的A/O或A2/O等方法难以实现焦化废水的稳定达标排放，采用活性炭工艺处理有一定的效果，但是运行成本较高而且会产生二次污染。由于芬顿工艺在处理难降解有机物废水的领域运用有叫广泛的前景，研究人员采用Fenton反应和活性炭吸附的组合工艺，可以将焦化废水的COD去除97%左右，出水能够达到污水排放一级标准。采用Fenton工艺处理COD为2000mg/L左右的焦化废水，也可以取得不错的效果。
印染废水印染废水
印染废水印染废水具有色度高，COD浓度高，含盐量高，可生化性差的特点。芬顿试剂具有高氧化性特点，可以使部分难生物降解有机物转换成可生化性好的物质，并且可以破坏染料中发色的基团，降低色度，所以被广泛应用于印染废水的处理领域。采用芬顿的衍生工艺，如微电解-Fenton氧化工艺处理难降解蒽醌染整废水，COD去除率93%~94%；BOD5去除率可达90%～95%；出水色度也可去除95%～96%。当pH值为2～4时，H2O2投加量为30g/L，催化剂投加量为H2O2的1/150时，可用Fenton工艺处理染料中间体H酸[12]的生产废水，COD的去除率为50%。
垃圾渗滤液垃圾渗滤液
垃圾渗滤液垃圾渗滤液的有机物浓度非常高、并且大部分属于难生物降解有机物，其中还包含了很多有毒有害物质，氨氮浓度高、微生物营养元素比例失调，一般生化处理工艺的复杂并且效果一般。研究发现用Fenton工艺处理经过生化处理后的垃圾渗滤液，出水水质可达污水排放二级标准。陈经涛等研究人员取圾填埋场经过厌氧、好氧处理后的渗滤液采用间歇反应进行了Fenton处理，研究发现，Fenton工艺可以大大提高垃圾渗滤液的可生化性，为后续进一步生化处理提供了保障。
芬顿工艺近年来在焦化废水、印染废水、垃圾渗滤液等废水处理中得到了广泛应用。在实际应用中，要关注温度、pH、有机底物、过氧化氢与催化剂投加量等对处理效率的影响，建议在工程应用之前进行小试试验确定最佳反应条件。在后续研究中，探索UV芬顿、光芬顿、电芬顿等技术是提高芬顿反应处理效率、降低药剂剂量的一种具有前景的应用方向。
三、设计参数
一、工艺简介
芬顿催化氧化法是以亚铁离子(
)为催化剂用过氧化氢()进行化学氧化的废水处理方法。1894年，法国人H,J,HFenton发现采用
、体系能氧化多种有机物。后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物，其实质是在的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由 (•OH)。•OH可与大多数有机物作用使其降解。随着研究的深入,又把紫外光(UV)、草酸盐 (C2O42-)等引入Fenton试剂中,使其氧化能力大大增强。从广义上说,Fenton法是利用催化剂、 或光辐射、或电化学作用，通过H2O2产生羟基自由基(•OH)处理有机物的技术。近年来， 越来越多的研究者把Fenton试剂同别的处理方法结合起来，如生物处理法、超声波法、混凝法、沉淀法，活性炭法等，从发展历程来看，Fenton法基本上是沿着光化学，电化学和其它方法联用三条路线向前发展的。总上述所说，芬顿法的实质是二价铁离子(
)、和双氧水之间的链反应催化生成羟基自由基，具有较强的氧化能力，其氧化电位仅次于氟，高达2.80V。另外, 羟基自由基具有很高的电负性或亲电性，其电子亲和能高达 569.3kJ 具有很强的加成反应特性，因而 Fenton试剂可无选择氧化水中的大多数有机物，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水的氧化处理。芬顿试剂是由亚铁离子（
）与过氧化氢（）共同组成的氧化体系，在和紫外光的催化作用下通过链式反应产生氧化性极强的羟基自由基，是一种很强的氧化体系。与研究的主要湿氧化技术，体系相比，具有较大的优势，该技术的应用和研究主要集中在环保领域中难降解有机废物的处理与处置。芬顿工艺具有基建投资低、运行费用低、操作工艺简单等优点，近年来在难降解工业废水处理中得到了广泛应用。与其他传统的水处理方法相比，Fenton氧化法具有以下特点：
(1)反应速率高，在
离子的作用下，能够迅速分解产生•OH，•OH具有极强的得电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8V，其氧化能力仅次于氟；(2)•OH可以直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物；
(3)由于羟基自由基的氧化能力很强，所以反应速度快，可以在较短的反应时间内达到处理要求；
(4)芬顿反应可以作为单独处理工艺，又可与其他处理工艺相结合，提供处理效率且能够降低处理成本。
芬顿反应器示意图如下：
二、工艺原理
芬顿试剂是由亚铁离子（
）与过氧化氢（）共同组成的氧化体系，在和紫外光的催化作用下通过链式反应产生氧化性极强的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。芬顿氧化法可有效地处理含硝基苯,ABS等有机物的废水以及用于废水的脱色、除恶臭。芬顿工艺在废水处理中的运用
近年来，随着污水中污染物成分越来越复杂，传统的生化系统很难处理达标。工艺芬顿试剂在工业废水处理中的广泛应用，用来处理难以降解的有机污染物。
焦化废水焦化废水
焦化废水焦化废水中含有难生化降级的多稠环芳烃和含氮杂环化合物，废水中生物毒性及抑制性物质多，生化处理后废水难以达标[8]。传统的A/O或A2/O等方法难以实现焦化废水的稳定达标排放，采用活性炭工艺处理有一定的效果，但是运行成本较高而且会产生二次污染。由于芬顿工艺在处理难降解有机物废水的领域运用有叫广泛的前景，研究人员采用Fenton反应和活性炭吸附的组合工艺，可以将焦化废水的COD去除97%左右，出水能够达到污水排放一级标准。采用Fenton工艺处理COD为2000mg/L左右的焦化废水，也可以取得不错的效果。
印染废水印染废水
印染废水印染废水具有色度高，COD浓度高，含盐量高，可生化性差的特点。芬顿试剂具有高氧化性特点，可以使部分难生物降解有机物转换成可生化性好的物质，并且可以破坏染料中发色的基团，降低色度，所以被广泛应用于印染废水的处理领域。采用芬顿的衍生工艺，如微电解-Fenton氧化工艺处理难降解蒽醌染整废水，COD去除率93%~94%；BOD5去除率可达90%～95%；出水色度也可去除95%～96%。当pH值为2～4时，H2O2投加量为30g/L，催化剂投加量为H2O2的1/150时，可用Fenton工艺处理染料中间体H酸[12]的生产废水，COD的去除率为50%。
垃圾渗滤液垃圾渗滤液
垃圾渗滤液垃圾渗滤液的有机物浓度非常高、并且大部分属于难生物降解有机物，其中还包含了很多有毒有害物质，氨氮浓度高、微生物营养元素比例失调，一般生化处理工艺的复杂并且效果一般。研究发现用Fenton工艺处理经过生化处理后的垃圾渗滤液，出水水质可达污水排放二级标准。陈经涛等研究人员取圾填埋场经过厌氧、好氧处理后的渗滤液采用间歇反应进行了Fenton处理，研究发现，Fenton工艺可以大大提高垃圾渗滤液的可生化性，为后续进一步生化处理提供了保障。
芬顿工艺近年来在焦化废水、印染废水、垃圾渗滤液等废水处理中得到了广泛应用。在实际应用中，要关注温度、pH、有机底物、过氧化氢与催化剂投加量等对处理效率的影响，建议在工程应用之前进行小试试验确定最佳反应条件。在后续研究中，探索UV芬顿、光芬顿、电芬顿等技术是提高芬顿反应处理效率、降低药剂剂量的一种具有前景的应用方向。
三、设计参数
| 设计处理水量 Q | Q =***m³/d |
| 水力停留时间T | ****h |
| 芬顿催化氧化池容积V | ****m³ |
| 设计芬顿催化氧化池高度H | ****m（有效水深 ****m） |
每日投加氧化剂（ ）的量 |
氧化剂（ ）投加率为0.1 ，则每天投加的 量为：****kg |
每日投加 的量 |
投加的 / =4:1，则每天投加的 量为：****kg双氧水的  浓度为25%，则每天需要的双氧水量为：****kg |
| 芬顿催化氧化池尺寸 | L*B*H= |
| 铁芬顿催化氧化系统的pH值调整混合槽 | 反应时间t=***min，pH值调整混合槽有效容积为V1= |
每日投加的 量 |
每kg污水的PH值由5升至6.5所需投加的 的量为0.08kg/m3,则每天所要投加的  的量为：***kg |
| 产泥量估算 |
按COD去除率为50%，每天去除COD量为：***kg/d； 按每去除1kgCOD产生0.4kg干污泥进行估算 干污泥重  ：****kg；根据污泥含水率为98%，则湿污泥重  ：****kg；取  ，则产生的污泥体积为： =***** 。 |