芬頓氧化工藝

1工藝

1.1芬頓氧化

芬頓工藝概述本質上是亞鐵離子(Fe2)和過氧化氫之間催化羥基自由基生成的鏈式反應，具有很強的氧化能力，其氧化電位僅次于氟，達到2.80伏，無機化學反應過程是過氧化氫(H2O2)和亞鐵離子(Fe2)的混合溶液將羧酸、醇和酯等許多已知的有機化合物氧化成無機態(tài)。

此外，羥基具有很高的電負性或親電性，其電子親和力可達569.3kJ，具有很強的加成反應特性。因此，芬頓反應具有很高的去除難降解有機污染物的能力，已經廣泛應用于印染廢水、含油廢水、苯酚廢水、焦化廢水、硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水的處理。

1.2氧化機理

芬頓氧化法(Fenton oxidation method)是H2O2在酸性條件下，在Fe2的存在下產生具有強氧化能力的羥基自由基(OH)，并觸發(fā)更多的其他活性氧來實現(xiàn)有機物的降解。它的氧化過程是一個鏈式反應。其中，羥基生成是鏈的起點，其他活性氧物種和反應中間體形成鏈的節(jié)點。每種活性氧被消耗掉，反應鏈終止。

酸堿度，作為基本污水指標，必然會成為供需熱點，這對于E-1312 pH電極，S400-RT33 pH電極等廣大制造商來說是一大好處。美國BroadleyJames作為美國BroadleyJamesE-1312的老牌制造商，必將為中國的環(huán)境保護帶來可觀的經濟效益。我們生產的pH電極經久耐用，質量可靠，檢測準確。廣泛應用于各級環(huán)保污水監(jiān)測及污水處理過程中。

它的反應機制更復雜。這些活性氧物種只是有機分子，并將其礦化為無機物質，如CO2和H2O。因此芬頓氧化法成為重要的氧化技術之一。

芬頓發(fā)現(xiàn)芬頓試劑時，尚不清楚過氧化氫和亞鐵離子反應產生的氧化劑具有如此強的氧化能力。20多年后，一些人認為反應中可能會產生羥基，否則氧化就不會如此強烈。

因此，在芬頓試劑中，用一個被廣泛引用的化學反應方程式來描述化學反應:Fe2 H2O 2→fe3o OH-OH①從上面的公式可以看出，1mol H2O 2與1mol Fe2反應生成1mol Fe3，同時生成1mol OH+1mol羥基。羥基的存在使芬頓試劑具有很強的氧化能力。計算出羥基在溶液中的氧化電位高達2.73伏，溶液的酸堿度為4。

在自然界，氧化能力僅次于溶液中的氟氣。因此，在芬頓試劑前，持久性有機化合物，特別是通常難以氧化的芳香族化合物和一些雜環(huán)化合物，都被非選擇性氧化降解。1975年，美國環(huán)境化學家沃林·C系統(tǒng)地研究了芬頓試劑中自由基的類型和鐵在芬頓試劑中的作用，得到了以下化學反應方程式:

H2O2 Fe2 → Fe3O2h ② O2 Fe2 → Fe3O2

③可以看出，在芬頓試劑中，除了生成1mol羥基外，還生成1mol過氧自由基O2，但過氧自由基的氧化電位只有約1mol

1.3芬頓系統(tǒng)工藝流程簡述

在二沉池出水井中，芬頓給水泵用于泵入芬頓氧化塔氧化降解廢水中難降解的污染物。芬頓氧化塔出水自動流入中和池，液堿加入中和池中和廢水至中性。中和池的廢水自動流入脫氣池，通過吹攪拌去除廢水中的少量氣泡；脫氣槽流出的廢水自行流入混凝反應槽，加入聚丙烯酰胺進行充分反應，絮凝廢水中的鐵污泥。混凝反應后的廢水流入z終沉淀池，鐵污泥

溫度是芬頓反應的重要影響因素之一。一般的化學反應會隨著溫度的升高而加快反應速度，芬頓反應也不例外。溫度的升高會加快羥基的形成速度，有利于羥基與有機物的反應，提高氧化效果和化學需氧量的去除率。然而，對于芬頓試劑這樣的復雜反應體系，溫度的升高不僅加速了正反應的進行，而且加速了副反應。溫度的升高也會加速H2O2分解成O2和H2O，這不利于羥基的形成。

不同種類工業(yè)廢水芬頓反應的醉溫也有所不同。當處理聚丙烯酰胺水溶液時，嘴優(yōu)選控制在30-50℃.

在研究洗膠廢水的處理時，發(fā)現(xiàn)醉的z佳溫度為85℃。處理三氯苯酚時，溫度低于60℃時有利于反應，而高于60℃時不利于反應。

2.2pH

一般來說，芬頓試劑在酸性條件下反應。Fe2在中性和堿性環(huán)境中不能催化H2O2氧化生成羥基，氫氧化鐵沉淀并失去催化能力。當溶液中氫的濃度過高時，F(xiàn)e3不能順利還原成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具有很強的氧化能力，尤其是當酸堿度為3 ~ 5時。此時，有機物的降解速度很快，可以在幾分鐘內降解。此時，有機物的反應速率常數(shù)與Fe2和過氧化氫的初始濃度成比例。因此，在工程應用芬頓法時，建議將廢水調整為=2 ~ 4，理論上z好為3.5。

2.3有機底物

芬頓試劑對不同種類的廢水有不同的用量和氧化效果。這是因為不同類型的廢水和有機物是不同的。

對于醇類(甘油)和糖類等碳水化合物，分子在羥基自由基的作用下發(fā)生脫氫反應，然后碳碳鍵斷裂。對于糖的大分子，羥基自由基破壞糖分子鏈中的糖苷鍵，并降解產生小分子。對于水溶性聚合物和乙烯化合物，羥基會破壞碳=碳鍵。此外，羥基可以打開芳香化合物的環(huán)，形成脂肪化合物，從而消除降低廢水的生物毒性，提高其生物降解性。對于染料來說，羥基可以打開染料中官能團的不飽和鍵，氧化分解染料，實現(xiàn)脫色和降低化學需氧量。

芬頓試劑實驗表明，當介質的酸堿度為3 ~ 5，多糖、H2O2和催化劑的摩爾比為240336012 ~ 2433601 ~ 2時，芬頓反應可以破壞殼聚糖分子鏈中的糖苷鍵，從而產生小分子產物。

2.4過氧化氫和催化劑的用量

芬頓法需要判斷廢水處理中化學品的用量和經濟性。H2O2用量大時，廢水中化學需氧量的去除率會增加，但當H2O2用量增加到一定程度時，化學需氧量的去除率會緩慢下降。由于芬頓反應中H2O2的用量增加，羥基的產量會增加，化學需氧量的去除率也會增加。然而，當H2O2濃度過高時，過氧化氫會分解而不會產生羥基。

催化劑的用量與過氧化氫相同。在正常情況下，隨著Fe2用量的增加，廢水中化學需氧量的去除率會增加。化學需氧量的去除率開始下降。原因是當Fe2濃度較低時，H2O2產生的羥基隨著Fe2濃度的增加而增加。當Fe2的濃度過高時，H2O2也會發(fā)生無效分解，釋放O2。