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    【廢水處理工藝】芬頓工藝詳解

    2020-12-31196

        芬頓氧化法可作為廢水生化處理前的預處理工藝,也可作為廢水生化處理后的深度處理工藝。該方法主要適用于含難降解有機物廢水的處理,如造紙工業廢水、煤化工業廢水、石油化工廢水、精細化工廢水、發酵工業廢水、垃圾滲濾液等廢水,以及對工業園區集中廢水處理廠等廢水的處理。

        芬頓反應原理

        1893年,化學家Fenton發現,過氧化氫(H2O2)與二價鐵離子的混合溶液具有強氧化性,可以將當時很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酷類氧化為無機態,氧化效果十分顯著。但此后半個多世紀中,這種氧化性試劑卻因為氧化性極強而沒有太被重視。

        進入20世紀70年代,芬頓試劑在環境化學領域中找到了它應有的位置。芬頓試劑具有去除難降解有機污染物的功能,在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中得到了廣泛應用。當年,芬頓發現該試劑時,并不清楚過氧化氫與二價鐵離子反應到底生成了何種氧化劑,只知道該氧化劑具有很強的氧化能力。二十多年后,有人假設可能反應中產生了羥基自由基,否則氧化性不會有如此強。因此,人們采用了一個領域內較廣泛使用的化學反應方程式來描述芬頓試劑中發生的化學反應:

        Fe2++H2O2→Fe3++OH·+OH

     

        芬頓氧化法是在酸性條件下,其H2O2在Fe2+存在下生成強氧化能力的羥基自由基OH·,并引發更多其他活性氧,以實現對有機物的降解,其氧化過程為鏈式反應。其中以OH產生作為鏈的開始,而其他活性氧和反應中間體構成了鏈的節點,各活性氧被消耗,反應鏈終止。其反應機理較為復雜,這些活性氧僅供有機分子并使其轉化為CO2和H20等無機物,從而使Fenton氧化法成為重要的高級氧化技術之一。

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        芬頓塔結構圖


        水水質要求



        芬頓氧化法進水應符合以下條件

        (1)在酸性條件下易產生有毒有害氣體的污染物(如硫離子、氰根離子等)不應進入芬頓氧化工藝單元;

        (2)進水中懸浮物含量宜<200mg/L;

        (3)應控制進水中Cl-、H2PO3-、HC03-、油類和其他影響芬頓氧化反應的無機離子或污染物濃度,其限制濃度應根據試驗結果確定.


        芬頓氧化法進水不符合條件時

        應根據進水水質采取相應的預處理措施:

        (1)芬頓氧化法用于生化處理預處理時,可設置粗、細格柵、沉砂池、沉淀池或混凝沉淀池,去除漂浮物、砂礫和懸浮物等易去除污染物;芬頓氧化法用于廢水深度處理時,宜設置混凝沉淀或過濾工序進行預處理;

        (2)進水中溶解性磷酸鹽濃度過高時,宜投加熟石灰,通過混凝沉淀去除部分溶解性磷酸鹽;

        (3)進水中含油類時,宜設置隔油池除油;

        (4)進水中含硫離子時,應采取化學沉淀或化學氧化法去除;進水中含氰離子時,應采取化學氧化法去除;

        (5)進水中含有其他影響芬頓氧化反應的物質時,應根據水質采取相應的去除措施,以消除對芬頓氧化反應的影響。芬頓氧化法用于生化處理的預處理時,若進水水質水量變化較大,芬頓氧化工藝前應設置調節池。

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        芬頓的影響因素

        溫度

        溫度是芬頓反應的重要影響因素之一。一般化學反應隨著溫度的升高會加快反應速度,芬頓反應也不例外,溫度升高會加快OH·的生成速度,有助于OH·與有機物反應,提高氧化效果和COD的去除率。但對于芬頓試劑這樣復雜的反應體系來說,溫度升高不僅會加速正反應的進行,也加速副反應,同時會加速H2O2的分解,而分解得到的02和H20,不利于OH·的生成。不同種類工業廢水中的芬頓反應,其適合的溫度,也存在一定差異。處理聚丙烯酰胺水溶液時,溫度應控制在30℃至50℃;洗膠廢水處理時溫度為85℃;處理三氯(苯)酚時,當溫度低于60℃時,有助于反應的進行,當高于60℃時,則不利于反應。

        pH值

        一般來說,芬頓試劑是在酸性條件下發生反應的,在中性和堿性的環境中,Fe2+不能催化氧化H202產生OH·,而且會產生氫氧化鐵沉淀,從而失去催化能力;當溶液中的H+濃度過高,Fe3+不能順利的被還原為Fe2+,催化反應受阻。多項研究結果表明芬頓試劑在酸性條件下,特別是pH在3—5時氧化能力很強,此時有機物降解速率快,能夠在短短幾分鐘內降解,有機物的反應速率常數正比于Fe2+和過氧化氫的初始濃度。因此,在工程上采用芬頓工藝時,建議將廢水調節到2—4,理論上pH值在3—5時為最佳。

        有機物

        對不同種類的廢水,芬頓試劑的投加量、氧化效果是不同的。因為不同類型的廢水中,其有機物的種類是不同的。對于醇類(甘油)及糖類等碳水化合物,在羥基自由基作用下,分子發生脫氫反應,然后產生C-C鍵的斷鏈;對于大分子的糖類,羥基自由基使糖分子鏈中的糖苷鍵發生斷裂,降解生成小分子物質;對于水溶性的高分子及乙烯化合物,羥基自由基使得C-C鍵斷裂;并且羥基自由基可以使得芳香族化合物開環,形成脂肪類化合物,從而消除降低該種類廢水的生物毒性,改善其可生化性。

        針對染料類,羥基自由基可以打開染料中官能團的不飽和鍵,使染料氧化分解,達到脫色和降低COD的目的。用芬頓試劑降解殼聚糖的實驗表明,當介質pH值在3—5時,聚糖、H202及催化劑的摩爾比在240:1—2或24:1—2時,芬頓反應可以使殼聚糖分子鏈中的糖苷鍵發生斷裂,從而生成小分子的產物。

        過氧化氫與催化劑投加量

        芬頓工藝在處理廢水時需要判斷藥劑投加量及經濟性。H202的投加量大,廢水COD的去除率會有所提高,但是當H202投加量增加到一定程度后,COD的去除率會慢慢下降。因為在芬頓反應中,H202投加量增加,OH·的產量就會隨之增加,而COD的去除率會相應降低。但是當H2O2的濃度過高時,雙氧水會發生分解,并不產生羥基自由基。

        催化劑的投加量也有與雙氧水投加量相同的情況。一般情況下,增加Fe2+的用量,廢水COD的去除率會增大,當Fe2+增加到一定程度后,COD的去除率開始下降。這是因為當Fe2+濃度較低時,隨著Fe2+濃度升高,H202產生的OH·會增加;但當Fe2+的濃度過高時,也會導致H2O2發生無效分解,釋放出02。

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        關于我們

        科海思(北京)科技有限公司成立于2010年,致力于環保技術革新,圍繞企業在廢水處理、資源回收、凈水處理、危廢處理、工藝缺陷等環境治理過程中成本高、難度大、穩定性差的現狀,為企業提供更高效、可持續、高回報的解決方案。作為行業前沿技術推行者,2011年與美國Thermax集團、德國Watch集團合作成為其中國區總代理,將“特種離子交換樹脂”首次引進國內,基于國情進行工藝創新,添補行業空缺,完成技術升級。在推廣實踐中,倡導“環保治理價值化”新理念,運用國際先進技術在治理的同時進行廢物資源再生,將企業環保建設從單純投入轉為開源投資。


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