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芬顿工艺在工业废水处理​中的应用

发布时间:2022-04-08 20:14:37 人气:148

芬顿工艺在工业废水处理中的应用

在工业生产中,水资源是不可或缺的组成部分,所产生的废水问题中含有大量有毒有害物质,降解难度较大,如果未能得到合理有效的处理,直接排放到自然环境中,将在不同程度上污染土壤、河流和大气,威胁到生态平衡,与可持续发展目标相背离。这就需要对工业废水进行有效处理,选择合适的处理方法和处理技术,而当前市场上应用广泛且效果可观的当属芬顿工艺,操作工艺简单、投资费用较少,较之传统工艺废水处理效果可观。加强芬顿工艺在工业废水处理中应用探究,对于现代化工业可持续发展意义深远。

  1、工业废水中芬顿工艺应用现状

  芬顿工艺作为当前工业废水处理中广泛应用的一种方法,操作便捷、成本较低,废水处理效果可观。在化学研究中,FentonHJ在1983年研究中了解到,酸性条件下H2O2与二价铁离子Fe混合在一起,溶液的强氧化性特点鲜明,化学公式为1.jpg,而这一发现大大促进了无机化学领域发展,后人为了纪念Fenton的发现,将这一反应命名为芬顿反应。发展到上个世纪70年代后,芬顿试剂开始在环境化学中广泛应用,寻找到了自己应有的位置,凭借着独特的有机污染物高降解能力,在印染废水、含油废水、二苯胺废水、焦化废水和含硝基苯废水等废水处理中应用效果明显,可以有效降低有毒有害物质对生态环境的污染和破坏。

  在工业废水处理中应用芬顿工艺,无论是独立使用来处理工业废水,还是联合其他方法进行预处理、深度处理,都可以达到很好的处理效果。通过相关研究成果可以了解到,芬顿工艺自身拥有明显的优势,在酸性条件下,常温下可以发生化学反应,具有启动快、工艺简单等优势;反应设备操作便捷,可以大大降低能耗总量,经济效益可观。由于芬顿工艺自身较强的氧化作用,可以在工业废水处理中充分消除污染物,保证废水无害化,避免对生态环境的污染和破坏。氧化剂H202参与到化学反应中,促使有机物自行降解,加之反应条件差异不显著,所以芬顿工艺适应性较强,在工业废水处理中得到了广泛推广和应用。

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  2、影响芬顿反应的因素分析

  2.1 温度因素

  温度是芬顿反应发生的关键因素之一,随着化学反应温度升高,反应速度随之加快,•OH生成速度也加快,促使•OH与有机物充分反应,氧化效果和CODCr去除率大大提升。但温度升高的同时,H2O2的分解速度随之加快,分解成H2O和O2物质,抑制•OH物质生成。由于工业废水种类不同,芬顿反应最佳温度同样存在一定差异。如,在洗胶废水处理中,芬顿反应的最佳温度为85℃;聚丙烯酰胺水溶液处理中,芬顿反应温度为30℃~50℃。如果温度超出一定范围,将不利于芬顿反应的发生。最佳温度由试验确定。

  2.2 pH值

  通常情况下,芬顿试剂主要是在酸性条件下发生芬顿反应,伴随着pH值升高,•OH物质生成受到极大的限制,生成氢氧化铁沉淀,原有的催化能力逐步丧失。溶液中如果H+物质浓度超过一定范围,将会影响到Fe3+还原成Fe2+过程顺利完成,不利于催化反应发生。通过大量的实践研究可以了解到,酸性条件下应用芬顿试剂,pH值在3~5范围内具有较强的氧化能力,可以加快有机物降解速率。有机物反应速率常数与Fe2+和过氧化氢初始浓度成正比。故此,结合相关实践研究可以了解到,工业废水处理中应用芬顿工艺,需要保证废水pH在2~4范围内,以便于加快有机物降解速度,提升废水处理效果。

  2.3 有机底物

  工业废水处理中应用芬顿工艺,需要结合废水种类和特性选择芬顿试剂投入量,以便于获得最佳的氧化效果。不同类型工业废水,有机物种类存在显著差异,醇类和糖类碳水化合物,受到羟基作用,分子会出现脱氧反应,C-C键断裂;大分子糖类,受到羟基自由基作用碳分子链的糖苷键断裂,降解成大量的小分子物质。如果是水溶性较高的化合物,受到羟基自由基作用C=C键断裂,促使芳香族化合物开环,生成大量的脂肪类化合物,降低有机物中的有毒有害程度,改善物质的生化性;印染废水中,羟基自由基可以打开官能团不饱和建,促使物质的氧化分解,达到有机物的降低或消除的目的。

  在壳聚糖处理中应用芬顿试剂降解处理中,介质pH值在3~5范围内,H2O2的摩尔比为24:1,聚糖为240:12,催化剂摩尔比为2,借助芬顿试剂促使壳聚糖分子链的糖苷键断裂,有大量的小分子物质产生。

  2.4 过氧化氢和催化剂投入量

  芬顿工艺在工业废水处理中应用,结合实际情况控制投入量,具有较强的经济性。H2O2投入量较大,投入在一定程度上提升有机物质降解效率,但是H2O2投入量达到饱和后,有机物的去除率反而会下降。究其根本,是由于芬顿试剂在工业废水处理中应用,随着H2O2投入量增加,生成的•OH物质量增加,有机物质去除率升高,但是H2O2浓度过高,促使双氧水分解,并不会产生羟基自由基。增加催化剂投入量,同双氧水投入量存在直接联系。增加Fe2+用量,可以有效提升有机物去除率,但是达到一定程度上后有机物去除率反向下降。究其根本,Fe2+浓度处于不断升高时,•OH物质生成量增加;Fe2+浓度处于较高值时,H2O2无效分解,生成氧气。在工业废水处理中,催化剂的投入量需要经过试验后确定。

  3、工业废水处理中芬顿工艺应用途径

  3.1 印染废水处理中应用

  在印染废水处理中应用芬顿工艺,由于色度较高,化学需氧量浓度随之升高,但是可生化性偏低。芬顿试剂自身氧化性能良好,促使部分难生物降解有机物转变成可生化性良好的物质,破坏染料中发色基团,实现印染废水的降解处理。

  染料废水中的蒽醌染料降解难度较大,微电解混凝-Fenton试剂催化氧化工艺能有效降解蒽醌染整废水中的难降解有机物,当蒽醌染整废水CODcr为700~800mg/L,BOD5为80~100mg/L,色度450~550倍时;处理出水的CODc≤50mg/L,去除率93%~94%,出水BOD5≤10mg/L,去除率90%~95%,出水色度≤20倍,去除率95%~96%。Fenton试剂催化氧化的主要工艺参数为:FeSO4投加量200mg2L-1,H2O2投加量100mg2L-1,pH=5.0,反应时间30min。

  3.2 焦化废水处理中应用

  焦化废水处理中,由于其中含有大量的降解难度较大的物质,如含氮杂环化合物和多稠环芳烃等,还有大量有毒有害物质,通过生化废水处理后一般达不到排放标准。以往的A/O方法处理焦化废水效果较差,一般也达不到排放标准,生化后加活性炭工艺处理焦化废水可以满足排放标准,但是运行成本较高,应用范围较窄。芬顿工艺在焦化废水处理中应用前景良好,联合活性炭吸附工艺,焦化废水中的COD去除率可以达到97%以上,满足排放标准。借助芬顿工艺处理COD含量较高的焦化废水,实际效果较为可观,值得广泛应用。

  3.3 垃圾渗滤液处理中应用

  垃圾渗滤液处理中应用芬顿工艺,由于其中含有大量浓度较高的有机物,微生物难于降解。采用常规的生化处理工艺,不但难于控制,效果也差。而借助芬顿工艺处理垃圾渗滤液,提升垃圾渗滤液可生化性,提升废水处理效果和质量,处理后的水质可以达到相关排放标准。

  3.4 含酚物质废水处理中应用

  酚类物质对于人体健康危害较大,具有较强的毒副作用,降解难度较大。在酚类物质处理中应用芬顿工艺,处理效果较为可观。pH在3~6范围内,温度恒定,借助氧化铁催化剂作用下,有助于过氧化氢的对酚物质结构破坏作用充分发挥,氧化反应中生成二元酸,然后生成CO2和H2O。在含酚废水处理中,芬顿工艺应用较为广泛,可以有效降低废水中有毒有害物质含量,提升有机物降解效率和质量,满足污水排放标准后排入到自然环境中。

  3.5 油田废水处理中应用

  油田污水中含有的成分较为复杂,选择哪一种处理工艺需要结合实际情况,首先需要确定最佳反应条件。在含油污水处理中应用芬顿试剂,通过正交试验确定芬顿试剂反应因素影响权重,可以得出H2O2浓度>反应时间>Fe2+浓度>反应温度,采用最佳的反应条件可提升废水处理效率和降低处理成本。

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