环保工艺之——Fenton试剂处理法

1、原理

Fenton试剂为常用的催化试剂，它是由亚铁盐和过氧化物组成，当PH值足够低时，铁离子作用于过氧化氢生成羟基自由基,并引发更多的自由基,进攻有机物分子内键,达到将有机物完全无机化或裂解为小分子的目的。Fenton试剂在水处理中的作用主要包括对有机物的氧化和混凝两种作用。它能有效去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。随着研究的深入，又把紫外光（UV）、草酸盐（C₂O₄^2-）等引入Fenton试剂中，使其氧化能力大大加强。以TiO₂为催化剂，9 W低压汞灯为光源，用Fenton试剂对制药废水进行处理，取得了脱色率100%，COD去除率92.3%的效果，且硝基苯类化合物从8.05 mg/L降至0.41 mg/L。其他催化试剂还有H₂O₂/O₃，它是饮用水应用领域应用最广泛的高级氧化技术，因为只需要向臭氧发生器中加入过氧化氢即可。臭氧本身具有极强得氧化性，能去除大量得有机物，但对某些卤代烃及农药等有机物得氧化效果较差，将臭氧和过氧化氢结合使用可大大提高氧化效率，它的主要特点是在浊度较高得水中仍然运行良好。

H₂O₂/O₃投加比，H₂O₂/O₃相互作用产生氢氧自由基（OH·）H₂O₂+2O₃→2OH^-+3O₂，当H₂O₂/O₃的比值为0.5时，产生的氢氧自由基最多，此时其氧化效率最高，如果H₂O₂/O₃的比值大于0.5，多余的H₂O₂会作为的OH·受体，使OH·的浓度减少，然而在实际中，当H₂O₂/O₃的比值为0.5时，其氧化效率未必最高。污水中其他粒子的存在可能会影响其氧化效率，具体投加量需通过实际试验确定。

2、特点

Fenton 氧化法处理难降解的有机废水时,具有一般化学氧化法无法比拟的优点,用少量Fenton 试剂对工业废水进行预处理,使废水中的难降解有机物发生部分氧化,改变它们可生化性、溶解性和混凝性能,利于后续处理。一些工业废水经物化、生化处理后,水中仍残留少量的生物难降的有机物,当水质不能满足排放要求时,可采用Fenton 法对其进行深度处理。

3、Fenton法处理工艺条件

影响Fenton试剂反应得主要参数包括溶液得pH值（操作时pH值不能过高（2～4）），停留时间（反应时间4-6h,搅拌时间为1h,静置时间为5h。），温度，过氧化氢及亚铁离子浓度。

（1） Fe²⁺投加量对处理效果的影响

投加H₂O₂ (30% ) 0. 5mL进行实验。随着Fe²⁺增大, COD去除率逐渐增大,但当Fe²⁺增加到一定程度后, COD去除率反而出现下降的趋势。出现这种现象的原因是，Fe²⁺低时,增加Fe²⁺有利于加快催化反应;但是Fe²⁺过高时,反应开始产生的大量·OH和H₂O₂反应,造成两者的浪费。另外,过多的Fe²⁺会被氧化为Fe³⁺ ,消耗氧化剂而使出水COD增高。Fe²⁺的最佳投加量为6mL。

Fe^{2 +} + H₂O₂ →Fe³⁺ + ·OH +OH^-

·OH + H₂O₂ →H₂O + ·OH₂

Fe^{2 +} + ·OH→Fe^{3 +} +OH^-

（2） H₂O₂投加量对处理效果的影响

过氧化氢的分子式为H₂O₂，相对分子质量为34，纯过氧化氢是一种紫色的粘稠液体，具有刺鼻臭味，沸点152.1℃，冰点-0.89℃，它比水密度大的多，他的许多物理性质和水相似，可与水以任意比例混合，过氧化氢的极性比水强。在溶液中存在强烈的缔合作用，3﹪的过氧化氢水溶液在医药上成为双氧水，具有消毒杀菌作用。过氧化氢分子中氧的价态是-1，他可以转化成-2价，表现出氧化性，可以氧化成0价，而具有还原性，因此过氧化氢具有氧化还原性，在酸性溶液和碱性溶液中他都是强氧化剂，只有与更强的氧化剂（如KMnO₄）反应时，它才表现出还原性而被氧化。

取Fe^{2 +}的投加量为6mL,改变H₂O₂投加量,其它条件同上。 H₂O₂的最佳投加量为0. 5mL。H₂O₂浓度较低时, H₂O₂浓度增加, ·OH的生成量增加。H₂O₂投加量过高时,不但不能产生更多的自由基,反而在Fe³⁺催化下进行,增加了H₂O₂消耗量。而且其还原性在一定程度上增加了出水的COD值,且部分H₂O₂发生了无效分解,释放出O₂。

（3） PAM加入量对废水处理效果的影响

水样初始pH为4,终了pH为6,搅拌时间为1h,静置时间为5h, H₂O₂的加入量为0. 5mL, Fe²⁺的加入量为6mL,考察絮凝剂PAM加入量对废水处理效果的影响。絮凝剂PAM的加入量在4～6mL范围内都能获得较好的废水处理效果; PAM的加入量为5. 5mL时, COD去除率达到75%～80%。

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