芬顿工艺在工业废水处理中的应用范文

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目前工业废水处理的主流及热点技术包括厌氧生物处理技术、膜处理技术、高级氧化技术、脱氮除磷技术、生态处理技术等。基于技术经济成本，高级氧化过程与传统工艺结合是目前技术应用方向。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]：(1)反应速率高，在Fe2+离子的作用下，H2O2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。

1芬顿反应影响因素

1.1温度温度是芬顿反应的重要影响因素之一。一般化学反应随着温度的升高会加快反应速度，芬顿反应也不例外，温度升高会加快•OH的生成速度，有助于•OH与有机物反应，提高氧化效果和CODCr的去除率；但是，温度升高也会加速H2O2的分解，分解为O2和H2O，不利于•OH的生成。不同种类工业废水的芬顿反应最佳温度，也存在一定差异。张铁锴[2]处理聚丙烯酰胺水溶液处理时，最佳温度控制在30℃～50℃。陈传好[3]等人研究洗胶废水处理时发现最佳温度为85℃。Basu和Somnath[4]处理三氯（苯）酚时，当温度低于60℃时，温度有助于反应的进行，反之当高于60℃时，不利于反应。

1.2pH一般来说，芬顿试剂是在酸性条件下发生反应的，pH升高会仅抑制•OH的产生，而且会产生氢氧化铁沉淀而失去催化能力。当溶液中的H+浓度过高，Fe3+不能顺利的被还原为Fe2+，催化反应受阻。多项研究结果表明芬顿试剂在酸性条件下，特别是pH在3～5时氧化能力很强，此时的有机物降解速率最快，能够在短短几分钟内降解。此时有机物的反应速率常数正比于Fe2+和过氧化氢的初始浓度[5]。因此，在工程上采用芬顿工艺时，建议将废水调节到=2～4，理论上在为3.5时为最佳。

1.3有机底物针对不同种类的废水，芬顿试剂的投加量、氧化效果是不同的。这是因为不同类型的废水，有机物的种类是不同的。对于醇类（甘油）及糖类等碳水化合物，在羟基自由基作用下，分子发生脱氢反应，然后C-C键的断链；对于大分子的糖类，羟基自由基使糖分子链中的糖苷键发生断裂，降解生成小分子物质；对于水溶性的高分子及乙烯化合物，羟基自由基使得C=C键断裂；并且羟基自由基可以使得芳香族化合物的开环，形成脂肪类化合物，从而消除降低该种类废水的生物毒性，改善其可生化性；针对染料类，羟基自由基可以打开染料中官能团的不饱和键，使染料氧化分解，达到脱色和降低CODCr的目的。范金石等[6]用芬顿试剂降解壳聚糖的实验表明当介质pH值3～5，聚糖、H2O2及催化剂的摩尔比在240:12～24:1～2时，芬顿反应可以使壳聚糖分子链中的糖苷键发生断裂，从而生成小分子的产物。1.4过氧化氢与催化剂投加量芬顿工艺在处理废水时需要判断药剂投加量及经济性。H2O2的投加量大，废水CODCr的去除率会有所提高，但是当H2O2投加量增加到一定程度后，CODCr的去除率会慢慢下降。因为在芬顿反应中H2O2投加量增加，•OH的产量会增加，则CODCr的去除率会升高，但是当H2O2的浓度过高时，双氧水会发生分解，并不产生羟基自由基。催化剂的投加量也有与双氧水投加量相同的情况，一般情况下，增加Fe2+的用量，废水CODCr的去除率会增大，当Fe2+增加到一定程度后。CODCr的去除率开始下降。原因是因为当Fe2+浓度低时，随着Fe2+浓度升高，H2O2产生的•OH增加；当Fe2+的浓度过高时，也会导致H2O2发生无效分解，释放出O2。在工程实际中过氧化氢及催化剂的投加一般通过实验后确定。

2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。2.1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，李亚峰[9]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[10]。

2.2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[10]，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%。

2.3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[13]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[14]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。

3结语

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。

作者：张一鸣 单位：同济大学环境科学与工程学院