Fenton试剂在废水处理中的应用.ppt
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1、Page -2-目目 录录 前前 言言1 工业废水的来源工业废水的来源2 Fenton试剂的介绍试剂的介绍3 Fenton试剂在废水处理中的应用试剂在废水处理中的应用4 展展 望望Page -3-前前 言言u 近年来,高级氧化技术在处理难生物降解废水方面取得了一近年来,高级氧化技术在处理难生物降解废水方面取得了一定的进展,尤其是定的进展,尤其是 Fenton 试剂作为一种强氧化剂去除废水中的试剂作为一种强氧化剂去除废水中的有机污染物效果显著。有机污染物效果显著。u Fenton 试剂法是一种采用过氧化氢为氧化剂、以亚铁盐为试剂法是一种采用过氧化氢为氧化剂、以亚铁盐为催化剂的均相催化氧化法,在偏
2、酸性条件下,反应过程中产生催化剂的均相催化氧化法,在偏酸性条件下,反应过程中产生的的OH 是一种氧化能力很强的自由基,具有较高的氧化还原电是一种氧化能力很强的自由基,具有较高的氧化还原电位,能迅速的氧化废水中的污染物而几乎没有选择性。位,能迅速的氧化废水中的污染物而几乎没有选择性。u 与其它氧化工艺如相比,与其它氧化工艺如相比,Fenton 试剂氧化法具有运行成本试剂氧化法具有运行成本低、工艺简单、操作简便和在常温常压下反应的特点。低、工艺简单、操作简便和在常温常压下反应的特点。Page-4-1 工业废水的来源工业废水的来源Page -5-1.1 工业废水的来源工业废水的来源 工业废水工业废水
3、是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液,其是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。中产生的污染物。 工业废水是水体的一大污染源,占我国废水总排放量的工业废水是水体的一大污染源,占我国废水总排放量的 70%以上。由于工业生产的多样性、产生的排水污染性质也纷呈复杂,以上。由于工业生产的多样性、产生的排水污染性质也纷呈复杂,如有机污染、无机污染热污染、色度污染等等。随着工业的迅速如有机污染、无机污染热污染、色度污染等等。随着工业的迅速发展,废水的种类和数量迅猛增加,对
4、水体的污染也日趋广泛和发展,废水的种类和数量迅猛增加,对水体的污染也日趋广泛和严重,威胁人类的健康和安全严重,威胁人类的健康和安全。Page-6-2 Fenton试剂的介绍试剂的介绍Page -7-2.1 Fenton试剂的发现试剂的发现 1894 法国科学家法国科学家H.J.H.Fenton 在一项科学研究中发现在一项科学研究中发现酸性水溶液中在酸性水溶液中在H2O2 与与Fe2+共存的条件下可以有效的将共存的条件下可以有效的将酒石酸氧化,这项研究发现为人们分析还原性有机物和酒石酸氧化,这项研究发现为人们分析还原性有机物和有机物的选择性氧化提供了一种新的方法。有机物的选择性氧化提供了一种新的
5、方法。人们为了纪人们为了纪念这位伟大的科学家,将念这位伟大的科学家,将H2O2 / Fe2+命名为命名为Fenton试剂试剂,即为标准即为标准Fenton试剂。标准试剂。标准Fenton试剂自出现以后就得试剂自出现以后就得到了广泛的研究和应用,到了广泛的研究和应用, Page -8-2.2 Fenton试剂的作用机理试剂的作用机理(1) 强氧化作用强氧化作用 目前普遍为大家所接受的反应机理:目前普遍为大家所接受的反应机理:H2O2 与与Fe2+反应反应分解生成分解生成羟基自由基羟基自由基(OH)和氢氧根离子和氢氧根离子(OH-),并引发连并引发连锁反应从而产生更多的其它自由基,然后利用这些自由
6、基锁反应从而产生更多的其它自由基,然后利用这些自由基进攻有机质分子,从而破坏有机质分子并使其矿化直至转进攻有机质分子,从而破坏有机质分子并使其矿化直至转化为化为CO2、H2O等无机质等无机质。Page -9-氧化机理氧化机理Page -10-2.2 Fenton试剂的作用机理试剂的作用机理(2) 絮凝絮凝/沉降作用沉降作用 以上这些经典机理对一些实际废水处理所存在的现象却以上这些经典机理对一些实际废水处理所存在的现象却往往难以解释。往往难以解释。Walling和和Kato, S. H. Lin 和和 Lo的研究表明,的研究表明,Fenton试剂在处理废水过程中,再生的试剂在处理废水过程中,再生
7、的 Fe2+、反应后端产、反应后端产生的生的 Fe3+与氢氧化物反应生成的铁水络合物,还具有絮凝、与氢氧化物反应生成的铁水络合物,还具有絮凝、沉淀的功能。沉淀的功能。Page -11-如果如果pH值为值为37时,则:时,则:絮凝絮凝/沉降机理沉降机理Page -12- 根据上述根据上述 Fenton 试剂氧化降解有机物的机理和途径可试剂氧化降解有机物的机理和途径可知,知,OH 是氧化有机物的有效因子,而二价铁、过氧化氢及是氧化有机物的有效因子,而二价铁、过氧化氢及废水的酸碱性决定了废水的酸碱性决定了OH 的产率的产率,因此,影响因此,影响 Fenton 试剂处试剂处理难降解废水的程度理难降解废
8、水的程度 的因素有:的因素有:2.3 Fenton试剂的影响因素试剂的影响因素影响因素影响因素pH 值值 催化剂的种类催化剂的种类 H2O2投加量投加量 H2O2投加方式投加方式 Page -13- 能够催化过氧化氢的金属离子催化剂可以有多种,常见的有:能够催化过氧化氢的金属离子催化剂可以有多种,常见的有:Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等。在不同金属离子存在下,双氧水对难降解有机物的催化氧化等。在不同金属离子存在下,双氧水对难降解有机物的催化氧化效果不同。研究结果表明效果不同。研究结果表明, FeSO4为为Fenton试剂的最佳催化剂试剂的最佳催化剂。催化剂的种类催化剂的种类 pH是影
9、响是影响Fenton试剂处理效果的重要因素之一,试剂处理效果的重要因素之一,H2O2分解为分解为OH的速度与的速度与溶液中溶液中OH-的浓度有关,即溶液初始的浓度有关,即溶液初始pH值对双氧水的分解有很大的影响。双值对双氧水的分解有很大的影响。双氧水在碱性条件下极不稳定,容易分解,在酸性条件下其分解反应动力学常氧水在碱性条件下极不稳定,容易分解,在酸性条件下其分解反应动力学常数最高。数最高。 pH过高或过低对有机物去除均不利,因为催化过氧化氢分解的铁的有效形过高或过低对有机物去除均不利,因为催化过氧化氢分解的铁的有效形式是式是Fe(O2H)2+、Fe(OH)2+,其在,其在pH25的范围内浓度
10、较高。的范围内浓度较高。溶液的溶液的pH值值 2.3 Fenton试剂的影响因素试剂的影响因素Page -14-2.3 Fenton试剂的影响因素试剂的影响因素 采用采用Fenton试剂处理废水的有效性和经济性主要取决于双氧水的投加量。试剂处理废水的有效性和经济性主要取决于双氧水的投加量。现有文献提及:随着过氧化氢用量的增加,氧化效率现有文献提及:随着过氧化氢用量的增加,氧化效率(O.E)值下降,这可能和值下降,这可能和副反应的发生有关。当过氧化氢用量较高时,使得过氧化氢发生无效分解从副反应的发生有关。当过氧化氢用量较高时,使得过氧化氢发生无效分解从而降低了氧化效率。而降低了氧化效率。H2O2
11、投加量投加量 保持保持H2O2的总投加量不变,将的总投加量不变,将H2O2均匀地分批投加,可提高废水的处理均匀地分批投加,可提高废水的处理效果。其原因是效果。其原因是H2O2分批投加时,分批投加时,H2O2/Fe2+相对降低,即催化剂浓度相对相对降低,即催化剂浓度相对提高,从而使提高,从而使H2O2的的OH产率增大,提高了产率增大,提高了H2O2的利用率,进而提高了总的的利用率,进而提高了总的氧化效果。氧化效果。H2O2投加方式投加方式Page -15-2.4 Fenton试剂的演变试剂的演变21类Fenton试剂 光-Fenton试剂 有研究表明有研究表明,利用利用Fe()盐溶液、可溶性铁以
12、及铁的氧化矿物盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿物(如赤如赤铁矿、针铁矿等铁矿、针铁矿等)同样可使同样可使H2O2催化分解产生催化分解产生OH,达到降解有机物,达到降解有机物目的,以这类催化剂组成的目的,以这类催化剂组成的Fenton试剂,称为类试剂,称为类Fenton试剂。试剂。 把光引进把光引进Fenton试剂可以克服普通试剂可以克服普通Fenton试剂的缺点,称为光试剂的缺点,称为光-Fenton试剂,分为试剂,分为UV-Fenton试剂、试剂、UV-vis/H2O2草酸铁络合物法草酸铁络合物法和和UV-TiO2/Fenton试剂。试剂。Page -16-3电-Fenton试剂 电电-Fen
13、ton 氧化法是把通过电化学法产生的氧化法是把通过电化学法产生的H2O2和和Fe2+作为作为Fenton试剂的持续来源。与普通试剂的持续来源。与普通Fenton试剂和光试剂和光-Fenton 试剂相试剂相比,具有以下优点:比,具有以下优点: 自动产生自动产生H2O2的机制完善;的机制完善; 有机物降解的因素多,除有机物降解的因素多,除OH 的氧化作用外,还有阳极氧的氧化作用外,还有阳极氧化、电吸附等;化、电吸附等; 喷洒在阴极上的氧气或空气可提高反应溶液的混合作用;喷洒在阴极上的氧气或空气可提高反应溶液的混合作用; Fe2+可由阴极再生,污泥产量少。可由阴极再生,污泥产量少。 Page-17-
14、 Fenton试剂在废水处理试剂在废水处理 中的应用中的应用 Page -18- 张娴娴等张娴娴等对重庆钢铁基团焦化厂实际生产废水进行实验研究,结果对重庆钢铁基团焦化厂实际生产废水进行实验研究,结果表明:在常温表明:在常温25下,下,pH= 3.0,反应持续时间反应持续时间5min,氧化剂投加量,氧化剂投加量H2O2/ CODCr= 2:12,Fe2+的投加量的投加量Fe2+/H2O2=15:1,2次投加次投加H2O2时,时,Fenton法氧化降解处理焦化废水达到最佳处理效果,法氧化降解处理焦化废水达到最佳处理效果,CODCr从从2480 mg/L降至降至295mg/L,酚从,酚从800mg/
15、L降至降至84mg/L,去除率分别为,去除率分别为88.12%,89. 45%。 3.1 Fenton 试剂处理焦化废水试剂处理焦化废水 焦化废水焦化废水是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及产品回收过程中产生是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及产品回收过程中产生的废水,其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污的废水,其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物,成分复杂,污染物浓度高、色度高、毒性大,性质非常稳定,染物,成分复杂,污染物浓度高、色度高、毒性大,性质非常稳定,是一种典型的难降解有机废水。是一种典型的难降解有机废水。 Page -19- 武建军等武建军等采用采用 Fen
16、ton 试剂对焦化废水试剂对焦化废水 SBR 处理后的出水进行后续氧处理后的出水进行后续氧化处理,当氧化剂化处理,当氧化剂 H2O2 投加量为投加量为1.67mL/L,FeSO47H2O 的投加量为的投加量为1.67g/L,废水的初始,废水的初始pH值为值为6.5,静置氧化时间,静置氧化时间4h时,时,Fenton氧化达到氧化达到最佳处理效果,最佳处理效果,CODCr从从 481.1mg/L 降至降至246.7mg/L,去除率为,去除率为48.72。 3.1 Fenton 试剂处理焦化废水试剂处理焦化废水 王春敏等王春敏等对某焦化厂生化处理前的废水进行对某焦化厂生化处理前的废水进行Fenton
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- Fenton 试剂 废水处理 中的 应用
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