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芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)在水處理中的發(fā)展
文章來源:陜西珂沅環(huán)保工程有限公司   更新時間:2015-01-23   閱讀:1747

        Fenton氧化法是一種高效且經(jīng)濟的廢水高級氧化技術(shù),過氧化氫和亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生強氧化性的羥基自由基(·OH),氧化降解廢水中污染物。Fenton氧化法具有氧化能力強、設(shè)備簡單、易于操作、操作成本低等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于造紙、印染、制藥等行業(yè)工業(yè)廢水處理。

小編根據(jù)群內(nèi)專家的交流內(nèi)容,綜合整理,分享給圈內(nèi)外環(huán)保工作者,理解新技術(shù),掌握新技術(shù),始終站在環(huán)?萍嫉那把。

 

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

 

Fenton(中文譯為芬頓)是為數(shù)不多的以人名命名的無機化學(xué)反應(yīng)之一。1893年,化學(xué)家Fenton HJ 發(fā)現(xiàn),過氧化氫(H2O2) 與二價鐵離子Fe的混合溶液具有強氧化性,可以將當時很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機態(tài),氧化效果十分顯著。但此后半個多世紀中,這種氧化性試劑卻因為氧化性極強沒有被太多重視。但進入20 世紀70 年代,芬頓試劑在環(huán)境化學(xué)中找到了它的位置,具有去除難降解有機污染物的高能力的芬頓試劑,在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中體現(xiàn)了很廣泛的應(yīng)用。 當芬頓發(fā)現(xiàn)芬頓試劑時,尚不清楚過氧化氫與二價鐵離子反應(yīng)到底生成了什么氧化劑具有如此強的氧化能力。二十多年后,有人假設(shè)可能反應(yīng)中產(chǎn)生了羥基自由基,否則,氧化性不會有如此強。因此,以后人們采用了一個較廣泛引用的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):

Fe+H2O2→Fe+OH+ ·OH ①

從上式可以看出,1mol的H2O2與1mol的Fe反應(yīng)后生成1mol的Fe,同時伴隨生成1mol的OH外加1mol的羥基自由基。正是羥基自由基的存在,使得芬頓試劑具有強的氧化能力。據(jù)計算在pH = 4 的溶液中,OH·自由基的氧化電勢高達2. 73 V。在自然界中,氧化能力在溶液中僅次于氟氣。因此,持久性有機物,特別是通常的試劑難以氧化的芳香類化合物及一些雜環(huán)類化合物,在芬頓試劑面前全部被無選擇氧化降解掉。1975 年,美國著名環(huán)境化學(xué)家Walling C 系統(tǒng)研究了芬頓試劑中各類自由基的種類及Fe 在Fenton 試劑中扮演的角色,得出如下化學(xué)反應(yīng)方程:

H2O2 + Fe→ Fe + O2 + 2H ②

O2 + Fe→ Fe + O2· ③

可以看出,芬頓試劑中除了產(chǎn)生1 摩爾的OH·自由基外,還伴隨著生成1 摩爾的過氧自由基O2·,但是過氧自由基的氧化電勢只有1.3 V左右,所以,在芬頓試劑中起主要氧化作用的是OH·自由基。

周保昌(南京瑞潔特-平板膜):文章最上面的FENTON原理圖開始了FENTON氧化技術(shù)在線交流的序幕。

王彥紅(平頂山):不知道上面工藝原理圖是否能藥劑與污水混合均勻,局部濃度是否會過高,是否會有副反應(yīng)產(chǎn)生。王彥紅關(guān)注的焦點應(yīng)該也是不同技術(shù)廠家研究的重點。

王學(xué)科(天津壹新環(huán)保):我們應(yīng)用的情況是,下進水上出水,少量曝氣攪拌,PH=3左右

周保昌(南京瑞潔特-平板膜):芬頓氧化的主要影響因素包括:(1)H2O2和二價鐵的用量以及兩者物質(zhì)的量比;(2)反應(yīng)溫度;(3)PH;(4)反應(yīng)時間。個人還認為懸浮物對芬頓的影響也較大。同時問芬頓主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域?

王學(xué)科(天津壹新環(huán)保):垃圾滲濾液o濃水處理。

黃珂(清涵環(huán)科):僅一個問題,流化狀態(tài)FENTON技術(shù)有工業(yè)化且穩(wěn)定運行的嗎?

王學(xué)科(天津壹新環(huán)保)有,且操作容易。和微電解聯(lián)用,微電解提供亞鐵離子作為催化劑。

劉軍(南京萬德斯環(huán)保),甘琦(陸博新材料)運行成本是什么情況?

王學(xué)科(天津壹新環(huán)保)我們之前在醫(yī)藥廢水中,生化預(yù)處理,COD去除率在40%左右(COD進水15000mg/L,出水在9000多mg/L),生化性提高了,是微電解和芬頓的聯(lián)用。成本約6元左右。

alex ji:芬頓的應(yīng)用與具體工藝段的要求,以及整體處理要求相關(guān)。

王學(xué)科(天津壹新環(huán)保):垃圾滲濾液濃水COD在1500-3000mg/L.甘琦(陸博新材料)提供數(shù)據(jù):1000左右,處理后COD在60以下,基本達到39mg/L.處理垃圾滲濾液濃水成本25-30元。不包括污泥處理。

戴昕(南京萬德斯)聽說常規(guī)芬頓酸堿調(diào)節(jié)會增加額外鹽分,聽說有種異相芬頓方法。據(jù)說可以接近中性條件下作用。

周保昌(南京瑞潔特-平板膜)芬頓主要用于什么環(huán)境?COD在什么范圍較為合適?

周建民(康潔水務(wù)):芬頓可用在有毒廢水(生物毒性)的前處理,并且易降解成分較少;難降解(還有一定量的易降解有機物,BOD高)的廢水的后處理。

ALEX JI:難降解、有毒有害、小水量廢水芬頓技術(shù)值得考慮。

糊涂書生芬頓處理是不是必須有生化處理?垃圾滲濾液可以直接處理嗎?

何燦我曾經(jīng)做過微電解+芬頓處理生化后焦化廢水,COD從400降到100以下回用,運行費用5-7元,污泥量大,藥劑投加自動控制比較麻煩。水量大,每天投加亞鐵鹽幾十噸。

王學(xué)科(天津壹新環(huán)保):PH在3-4之間較好,因為我們在不同PH值下做過對比實驗。

周建民(康潔水務(wù))芬頓法,確實污泥產(chǎn)量比較大。

甘琦(陸博新材料)微電解+芬頓聯(lián)用可降低污泥量。

何燦每小時350噸水,微電解填料消耗大,三個月消耗了近20%,之前廠家承若年消耗10-15%。

戴昕(南京萬德斯)COD從400降到100以下,成本在5-7元,很有優(yōu)勢。

徐澤升(北師大電化學(xué))異相芬頓是光催化的一種。

何燦我們從美國引進的臭氧催化氧化技術(shù)將同類廢水處理,成本可控制在2元左右,還沒有污泥。

冀世鋒(上海海洋大學(xué)):垃圾滲濾液工藝流程(實驗)

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

周建民(康潔水務(wù)):成都有機化學(xué)所有專門研究臭氧催化氧化技術(shù),目前在攀鋼有案例應(yīng)用。

冀世鋒(上海海洋大學(xué)):現(xiàn)在我們在做小試,無需調(diào)PH。

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

王成(昆明大生環(huán)保):系統(tǒng)是間歇運行,還是連續(xù)運行。目前自己設(shè)計的是間歇運行,一周運行三小時。

何燦:我們用的微波輔助芬頓比傳統(tǒng)芬頓有一定的提高。

冀世鋒(上海海洋大學(xué)):我們做的垃圾滲濾液生化出水,進水COD在500-1000mg/L,出水只能到120mg/L.

周建民(康潔水務(wù)):芬頓法用于垃圾滲濾液RO濃縮液還是能顯示出它的優(yōu)勢的。

湯捷(南京賽佳環(huán)保):接好SGE-EFP型電芬頓氧化設(shè)備。

電芬頓法(EFP,Electro—Fenton Process)是利用電化學(xué)法產(chǎn)生的H2O2和Fe2+作為芬頓試劑的持續(xù)來源,兩者產(chǎn)生后立即作用而生成具有高度活性的羥基自由基(•OH),使有機物得到降解,其實質(zhì)就是在電解過程中直接生成芬頓試劑。

 

周建民(康潔水務(wù)):目前垃圾滲濾液工藝基本還是膜法技術(shù)。

冀世鋒(上海海洋大學(xué))

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

陸繼來(江蘇省環(huán)科院):芬頓中高氫離子濃度究竟起到什么作用?

王學(xué)科(天津壹新環(huán)保):咱們的實驗結(jié)果相近(與冀世鋒),因為滲濾液MBR出水COD在500-1000mg/L,BOD在10以下,當我們結(jié)合自己研發(fā)的藥劑,就能處理到30以下。

周建民(康潔水務(wù)):高氫離子可以穩(wěn)定羥基自由基,使羥基自由基積累。

湯捷(南京賽佳環(huán)保):我們的三極板設(shè)計及介質(zhì)設(shè)計保證穩(wěn)定。

周保昌(南京瑞潔特-平板膜):目前有企業(yè)采用MVC+離子交換樹脂技術(shù)處理垃圾滲濾液。其中MVC的處理運行成本僅在20-25元左右。

湯捷(南京賽佳環(huán)保):傳統(tǒng)芬頓的兩個關(guān)鍵:1.持續(xù)反應(yīng);2.傳質(zhì)均勻。

戴昕(南京萬德斯環(huán)保):我感覺常規(guī)的芬頓最大的問題就是酸堿調(diào)節(jié)、藥耗高,還增加鹽分。

周保昌(南京瑞潔特-平板膜):原水懸浮物高,直接影響微電解的反應(yīng)。

王學(xué)科(天津壹新環(huán)保)SS最好在50mg/L以下。

甘琦(陸博新材料)、倪。ū讨莪h(huán)保):預(yù)處理不建議用芬頓技術(shù)。

周保昌(南京瑞潔特-平板膜):MVC技術(shù)

 

    利用蒸汽壓縮機對二次蒸汽做功,提高二次蒸汽的壓力和溫度,升溫后的蒸汽可重新作為蒸發(fā)熱源蒸汽,不斷重復(fù),保持蒸發(fā)過程連續(xù)。排出系統(tǒng)的蒸餾水和濃液經(jīng)換熱器將其熱量傳遞給進液,使能量得到充分回收.通常MVC蒸發(fā)系統(tǒng)多應(yīng)用于垃圾滲濾液處理,污水處理,等水凈化.

周保昌(南京瑞潔特-平板膜):這是一個生化與芬頓氧化技術(shù)結(jié)合的組合工藝。

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

高濃度難降解廢水首先進入B1段,通過兼氧水解和生物氧化去除絕大多數(shù)可生物降解有機物,再進入C段,通過Fenton氧化,改善廢水可生化性,最后再進入B2段,再次進行生物氧化。該工藝能將COD由進水的6000-18000 mg/L降低至100 mg/L以下,較傳統(tǒng)的高濃度難降解廢水處理工藝大大減少了Feoton氧化氧化劑的使用量,從而大大降低了運行成本。

何燦:我們所做的微電解+微波輔助芬頓技術(shù)是全國第一套使用該項技術(shù),優(yōu)于BOT,去年我在該項目上蹲點了8個月,綜合起來該技術(shù)有如下缺點:1.投藥量大,勞動強度大,當時我們四班三運轉(zhuǎn),招了近30個工人;2.對操作人員素質(zhì)要求高;3.產(chǎn)生泥量大;4.增加水中鹽分,增加后續(xù)脫鹽負荷;5.羥基自由基氧化沒有選擇性,一些容易堵膜的有機物進入后續(xù)工段。

糊涂書生200噸每小時焦化廢水,焦化水COD5000mg/L.經(jīng)過生化處理,COD在300左右,微波芬頓+電滲析+RO,處理成本14.5元每噸。

徐澤升(北師大電化學(xué)):氧化技術(shù)降解有機污染是沒有區(qū)別的。微生物降解的主要還是可生化的部分。先用微生物降解可生化的部分,就可以用氧化技術(shù)高效降解難以生化降解的部分。

謝麗洋(創(chuàng)冠綠能):

FBR-Fenton利用流體化床的方式使Fenton法所產(chǎn)生三價鐵大部份得以結(jié)晶或沉淀覆蓋在流體化床擔體表面上,減少Fenton法大量的化學(xué)污泥產(chǎn)量,同時流體化床的方式亦促進了化學(xué)氧化反應(yīng)及傳質(zhì)效率,提高COD去除率。

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

 

FBR-Fenton高級氧化技術(shù)(適用COD<1000mg/L,常用于COD<500mg/L

適用于

Ø 含有難生物降解的不達標尾水;

Ø 污染因子比較單一,營養(yǎng)源失衡廢水,采用生物處理成本高的廢水;

Ø 高鹽排放水;

 

高效的非均相催化氧化體系廢水高級氧化技術(shù)

1、傳統(tǒng)Fenton工藝,屬于均相Fenton技術(shù),存在pH的應(yīng)用范圍窄,鐵離子催化劑投加量較大,不能循環(huán)利用,產(chǎn)生大量鐵污泥。FBR-Fenton通過添加固體介質(zhì),使鐵負載于固體介質(zhì)上,形成非均相催化氧化體系。這樣拓寬適用的pH范圍,克服催化劑的流失。2、通過專業(yè)流體化的設(shè)計,克服了布水不均勻,投加藥迅速充滿整個截面。3、通過精準的藥劑投加控制系統(tǒng),提高藥劑的利用效率。4、更加高效的降低COD能力?商幚淼紺OD<50mg/L,COD去除率70-90%。

 

工藝設(shè)備少而緊湊,深度處理及提標改造最佳工藝選擇

采用流化床工藝,周邊設(shè)備少。

低成本運行方式

1、FBR-Fenton污泥產(chǎn)量低:與傳統(tǒng)Fenton法比,污泥量少50%~70%,減少污泥處理費用

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

2、通過精確控制加藥量,減少藥劑投加,減少運行成本。

3、全自動控制

芬頓(Fenton)高級氧化技術(shù)

 

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陜西珂沅環(huán)保工程有限公司技術(shù)部整理供稿

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