應用案例

硫酸亞鐵在廢水處理的應用

2019-03-21 17:44:27


硫酸亞鐵在廢水處理的應用

詳情介紹


芬頓反應

 

芬頓反應是一種無機化學反應,過程是過氧化氫(H2O2) 與二價鐵離子Fe的混合溶液將很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機態。反應具有去除難降解有機污染物的高能力,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有很廣泛的應用。

企業廢水處理工藝

水處理工藝最少要3個環節,如厭氧-好氧-絮凝。多年以為我國的污水處理采用傳統工藝進行污水處理,隨著近年來國家逐漸提高污水排放標準,例如:本來印染廠就設計COD100mg/L以內的,現在COD要提高到80mg/L,到2016年1月1日,還要求提到60mg/L。這表明我國對廢水的排放標準越來越嚴格,處理力度越來越大。
    傳統工藝只要藥劑質量不好就難以穩定達標。在這個時候,許多企業就會采用深度處理工藝進行廢水處理以適應新的廢水排放標準,比如臭氧處理,芬頓處理(硫酸亞鐵+雙氧水),膜處理,電吸咐等等。目前應用最為廣泛,市場最為認可的便是芬頓法(硫酸亞鐵+雙氧水)處理廢水。

 

芬頓處理缺點與問題

采用芬頓深度處理工藝的特點是需要有條件,要求前面處理效果比較好,污染物溶度比較低等。芬頓法處理的主要藥劑是硫酸亞鐵,雙氧水,酸,堿(方法是反應后回調PH值)。

一、影響芬頓反應的因素

1、溫度因素

在芬頓反應中,溫度是影響其效果的重要因素,溫度不斷升高,芬頓反應的速度會逐漸加快,隨著溫度的提高,?OH的生成速度會提高,能夠促進?OH與有機物發生反應,使氧化效果得到提升,提高CODCr的去除率。溫度的升高也會使H2O2的分解速度加快,分解成O2H2O,這對于?OH的生成是不利的[1]。不同類型的工業廢水中,芬頓反應的最合適溫度也是不同的。

2、pH

通常情況下,在酸性環境下,芬頓試劑才會發生反應,pH的提高會使?OH得出現受到限制,并且會出現氫氧化鐵沉淀,催化能力喪失。如果溶液中有濃度較高的H+,Fe3+不能被還原為Fe2+,催化反應就會受到阻礙[2]。有研究結果表明在酸性環境下,尤其是pH3-5之間時,芬頓試劑有很強的氧化能力,這時有機物的降解速度比較快,能夠在幾分鐘內降解。同時有機物的反應速率與Fe2+以及過氧化氫的初始濃度成正比例關系。在工業處理中使用芬頓工藝,需要將廢水的pH調到3.5左右為最佳。

3、有機物

對于不同類型的工業廢水,芬頓試劑的使用量以及氧化效果是存在差異的,主要是由于不同類型的工業廢水中,存在著不同類型的有機物。對于糖類等碳水化合物,由于受到羥基自由基的作用,分子會出現脫氫反應,C-C鍵斷鏈;對于具有水溶性的高分子和乙烯化合物,羥基自由基會使C=C鍵斷裂。羥基自由基能夠使芳香族化合物出現開環進而形成脂肪類的化合物,使這種類型廢水中的生物毒性降低,使其可生化性得到改善。4、H2O2與催化劑投入數量利用芬頓工藝對工業廢水進行處理時,需要明確藥劑投入的數量及其經濟性,如果其中投入的H2O2量比較大,就會提高廢水中CODCr的去除率。但是到達一定數量后,CODCr的去除率會呈現出逐漸下降的趨勢。催化劑的投入數量與H2O2的投入量存在著相同的情況,Fe2+的數量增加,CODCr的去除率會提高,達到一定程度后,CODCr的去除率就會下降[3]。在實際的工作中需要通過實驗明確H2O2與催化劑的投入數量。

二、芬頓工藝在工業廢水處理中的應用

1、印染廢水中色度比較高,化學需氧量的濃度比較高,含鹽量也比較高,可生化性不強。芬頓試劑具有較高的氧化性,能夠使一些難以通過生物降解的有機物轉換成可生化性比較好的物質,對染料中發色的基團進行破壞,使色度降低,因而被廣泛的應用到印染廢水處理中。利用芬頓衍生的工藝手段,例如利用微電解-Fenton氧化工藝對蒽醌染整廢水進行處理,這種廢水難以降解,化學需氧量的去除率在93.5%左右,BOD5的去除率為93%左右,出水色度能夠除掉95.5%左右。在pH2-4之間時,過氧化氫的投入量為30g/L,催化劑的投入量是過氧化氫的1/150時,使用芬頓工藝對中間體H酸生產的廢水進行處理,能夠達到50%的化學需氧量去除率。

2、芬頓工藝在焦化廢水中的應用

焦化廢水中有難以生化降解的多稠環芳烴和含氮雜環化合物,廢水中含有很多生物毒性,抑制性的物質也比較多,即使進行生化處理,廢水也很難達到標準。厭氧好氧工藝法無法使焦化廢水達到合理的排放標準,雖然使用活性炭工藝進行處理能夠達到一定的效果,但是這種工藝方法的成本消耗比較高,并且會出現二次污染。芬頓工藝在難降解有機物廢水處理中有著廣闊的發展前景,并且能夠實現良好的效果。

3、芬頓工藝在垃圾滲濾液中的應用

垃圾滲濾液中含有很高濃度的有機物,其中的大部分是難以通過生物降解的有機物,還有很多有毒有害的物質,氨氮的濃度比較高,微生物營養元素的比例嚴重失調,使用一般的生化處理工藝,過程比較復雜,效果一般。而使用芬頓工藝對生化處理后的垃圾滲濾液進行處理,出水水質能夠達到二級污水排放標準,能夠提高垃圾滲濾液的可生化性,能夠為接下來的生化處理提供重要的保障。

4、芬頓工藝在含酚物質廢水中的應用

酚類物質的毒性比較高,對人體有致癌的作用,是比較難降解的工業廢水。芬頓工藝可以處理苯酚、甲酚等多種酚類,并且有很好的效果。如果室溫合理,pH在3-6之間,并且有氧化鐵催化劑,過氧化氫能夠對酚結構快速的破壞,在氧化的過程中能夠先將苯環分裂為二元酸,然后生成二氧化碳和水。芬頓工藝在含酚廢水中的應用比較多,能夠使廢水中的生物毒害性減小,使廢水中的生物降解性能得到改善。

5、結束語

芬頓反應能夠很好地降解有毒有機污染物,并且有著比較廣泛的應用氛圍,在實驗室以及實際應用中都取得了良好的效果。當前工業廢水處理中都提倡循環經濟的發展模式,使用單一的污水處理廠對有毒的廢水進行處理,不能得到理想的效果,而芬頓工藝是一種十分有效地廢水處理手段,能夠對廢水進行可生化性以及深度處理,加之其他技術實現中水回用,達到循環利用的目的。

芬頓試劑法是針對一些特別難降解的機有污染物如高COD,利用硫酸亞鐵和雙氧水的強氧化還原性,生成反應強氧化性的羥基自由基,與難降解的有機物生成自由基,最后有效的氧化分解(芬頓(Fenton)試劑反應機理)。芬頓試劑的處理效果受到廢水污染物濃度,反應的pH值,硫酸亞鐵與雙氧水的比例,雙氧水的投加濃度的影響。

芬頓試劑的主要藥劑是硫酸亞鐵與雙氧水與堿。硫酸亞鐵與雙氧水的投加順序會影響到廢水的處理效果。先通過正交實驗將硫酸亞鐵與雙氧水的投加比例得出(一旦控制不好便容易返色)。再按照先調PH值,投加硫酸亞鐵,再投加雙氧水,再進行PH值調節的順序進行投加。在硫酸亞鐵投加后反應15分鐘左右,再進行雙氧水的投加,反應20~40分鐘后再加入堿回調pH值,處理效果更佳。

由于芬頓氧化過程中硫酸亞鐵的大量投加,使得硫酸亞鐵中鐵離子的大量沉淀,產了大量的鐵泥。甚至會造成大量的污泥懸浮物在廢水中難以沉降。出現這種情況的原因大多數是因為硫酸亞鐵與雙氧水的投加比例沒有控制好,或雙氧水投加過量、反應不徹底導致。出現這種情況后可以通過投加絮凝劑(聚丙烯酰胺)進行強化絮凝沉淀?;蛘咄ㄟ^投加石灰粉進行PH值調節及助凝對懸浮物進行凝聚沉淀。

一般在污水處理工程上,采用芬頓都有特殊的反應條件和足夠的反應時間,如果確定芬頓反應進行徹底,可在水中投加非離子型的聚丙烯酰胺,它可以幫助污泥加速沉降。利用硫酸亞鐵芬頓對一些高色度與高COD廢水的去除率都可以達到90%-95%。


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