必一体育:水处理芬顿工艺的优缺点分析

　　1894年英国H.J.H.Fenton发现，Fe2+和H2O2结合会产生羟基自由基·OH，它与污染物间的链反应会使有机物降解，最后生成CO2和H2O。基于这个双氧水参与的链反应，诞生了首个高级氧化技术──Fenton试剂氧化法。影响Fenton试剂反应的主要参数包括溶液的pH、停留时间、温度、过氧化氢及Fe2+的浓度。

　　采用芬顿深度处理工艺的特点是需要有条件，要求前序工艺处理效果比较好，污染物浓度比较低等。芬顿法处理的主要药剂是硫酸亚铁，双氧水，酸，碱（方法是反应后回调 pH 值），芬顿氧化优缺点如下：

　　（1）对环境友善：处理后不像的化学药品，如漂白水(次氯酸钠)，易产生氯化有机物等毒性物质，对环境造成伤害。

　　（2）占地空间小：有机物氧化的速度相当快，所需的停留时间短，约0.5~2小时即可，不像一般的生物处理约需12~24小时，因时间短，相对反应槽容积不需太大，可节省空间。

　　（3）操作弹性大：可依进流水水质的好坏来改变操作条件，提高处理量。而一般的生物处理难以弹性操作。针对较高的污染量只需提高亚铁及H2O2加药量及适当的pH控制即可。

　　（5）氧化能力强：所产生的氢氧自由基(·OH)氧化能力相当强。可处理多种毒性物质，如氯乙烯、BTEX、氯苯、1，4Dioxane，酚、多氯联苯、TCE、DCE、PCE等，另EDTA和酮类MTBE、MEK等亦有效。

　　（1）芬顿处理劳动强度大。双氧水操作难度大，硫酸亚铁投加必须是固体，且硫酸亚铁含铁20％左右，相对于聚铁的11％含铁，大大增加了污泥处理强度。

　　（2）芬顿处理的成本高、污泥多。如双氧水的药剂成本高也是一方面，并且现在大多数企业所计算的成本往往还不包括污泥增加（硫酸亚铁的投加带来的大量污泥），设备折旧，维修费用等。

　　（3）芬顿处理容易返色。（如双氧水与硫酸亚铁的投加量与投加比例控制不好，或三价铁不沉淀容易导致废水呈现出微或黄褐色)

　　（4）比较难控制。因为双氧水与硫酸亚铁的最佳比例需要进行正交实验才可以得出，并且受到反应 pH 值、反应时间长短、搅拌混合程度的影响，所以比例很难控制。

　　（5）芬顿处理腐蚀性大。双氧水强氧化性，其氧化性仅次于氟气(F2)，如果防护不好对都有一定程度的腐蚀，硫酸亚铁也具有一定的腐蚀性。

　　（6）芬顿的实际处理效果较理论值相差较多。文献报道可以将 COD 处理到0mg/ L ，实际水体中COD成分复杂，处理效果难以达到理论预期。

　　pH值是芬顿氧化的重要影响因素之一。在酸性条件下，Fe2+容易被氧化成Fe3+，从而促进氢氧自由基的生成，提高反应速率。但是，过低的pH值会导致Fe3+的沉淀，从而降低反应效率。因此，适当的pH值可以提高芬顿氧化的效果。

　　温度是芬顿氧化反应速率的另一个重要因素。在较高的温度下，反应速率会加快，但是过高的温度会导致氢氧自由基的消耗过快，从而降低反应效率。因此，适当的温度可以提高芬顿氧化的效果。

　　芬顿工艺在处理废水时需要判断药剂投加量及经济性。H2O2的投加量大， 废水COD的去除率会有所提高，但是当H2O2投加量增加到一定程度后， COD的去除率会慢慢下降。因为在芬顿反应中H2O2投加量增加，·OH的产量会增加，则COD的去除率会升高，但是当H2O2的浓度过高时，双氧水会发生分解，并不产生羟基自由基。催化剂的投加量也有与双氧水投加量相同的情况，一般情况下，增加Fe2+ 的用量，废水COD的去除率会增大， 当Fe2+增加到一定程度后。COD的去除率开始下降。原因是因为 当Fe2+ 浓度低时，随着Fe2+浓度升高，H2O2产生的·OH增加；当Fe2+ 的浓度过高时， 也会导致H2O2发生无效分解，释放出O2。

　　芬顿药剂主要组成包括硫酸亚铁与双氧水，这两种药剂也常被单独用于废水处理中，硫酸亚铁主要作为还原剂、混凝剂使用，而双氧水则作为强氧化剂使用。硫酸亚铁中2价铁离子与双氧水（H2O2)的强氧化还用作用生成羟基自由基的过程。先确定好芬顿硫酸亚铁与双氧水投加顺序，再根据废水性质计算出芬顿试剂的投加量，比如除COD，如果芬顿体系中如果氧化性物质多，那么硫酸亚铁的比例就要大一些，如果还原性物质多双氧水就要多一点，一般有机物体现为还原性，所以若是除COD，按照需要氧化200ppm的COD计算，可依照以下计算公式：双氧水与硫酸亚铁的质量比为1:2，加亚铁前保证处理反应器中的pH值在3.5~4.0，加入1400ppm的亚铁，再加入700ppm的双氧水，反应40min左右。通常按质量浓度双氧水：COD=1:1，摩尔浓度Fe2+：H2O2=1:3换算即可，具体根据污染物浓度进行正交试验来确定。

　　芬顿试剂对难生物降解废水、有毒废水、和生物抑制性废水有着稳定、有效的去除功能，如单独使用则处理费用往往会很高，如果将芬顿氧化或光芬顿氧化技术作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法，再与其他处理方法(如生物法、混凝法等)联用,则可以降低废水处理成本，提高处理效率。

　　1. 芬顿试剂+生物法：目前芬顿试剂最常用的是与生物处理方法联用，芬顿试剂和生化法联合处理主要适用于以下四种类型的废水

　　工业生产中往往存在很多络合态金属离子，例如EDTA，NTA，CN-等，往往在除这些金属络合物时候，芬顿工艺作为离子交换树脂的前置工艺使用，进行破络，最后由离子交换树脂去除金属或回收。

　　低剂量芬顿氧化－混凝法特别适合处理成分复杂的染料废水，废水处理后COD和色度去除率分别可以达84％和95％，且成本低，操作简便，采用芬顿 试剂进行预氧化处理,可以大大提高后续混凝处理的处理效果，该两段工艺对含活性染料废水具有很好的脱色和COD去除效果。

　　活性炭作为优良的吸附剂广泛用于水处理。在废水处理中,活性炭吸附一般只适用浓度较低的废水和深度废水处理对水中存在的小分子有机物有较好的吸附效果。对于一些废水中存在大分子，但COD不是很高不适用。芬顿试剂+活性炭法却很有效的去除水中有机物：芬顿试剂摧毁大分子有机物变成小分子有机物，然后活性炭吸附。

　　超声化学的主要作用原理是超声作用下液体的声空化即液体中的气泡在超声作用下在极短的时间内崩溃，在空化泡崩溃的瞬间，会在其周围极小空间范围内产生出高温和高压，高温度变化率，并伴有强烈的冲击波和时速高达400kmh的射流，这些极端环境足以将泡内气体和液体交界面的介质加热分解为强氧化性的物质如·O、·OH、·HO2等，从而促进有机物的“水相燃烧”反应。超声波处理和芬顿试剂强化双低频超声波氧化技术都具有明显的协同效应。

　　1. 加药设备：硫酸加药池、亚铁加药池、双氧水加药池、PAM加药池（有的建议设曝气装置），当然也要配备加药泵。

　　2. 反应池：搅拌机，如果想提高效率可以采用类芬顿反应原理（添加紫外光源，微波发射器等），不过一般的芬顿反应池可以不用。

　　芬顿试剂的主要药剂是硫酸亚铁与双氧水与碱。硫酸亚铁与双氧水的投加顺序会影响到废水的处理效果。先通过正交试验将硫酸亚铁与双氧水的投加比例得出(一旦控制不好便容易返色)。再按照先调pH值，投加硫酸亚铁，再投加双氧水，再进芬顿试剂投加顺序与污泥沉降处理pH值调节的顺序进行投加。在硫酸亚铁投加后反应15分钟左右，再进行双氧水的投加，反应20~40分钟后再加入碱回调pH值，处理效果更佳。

　　由于芬顿氧化过程中硫酸亚铁的大量投加，使得硫酸亚铁中铁离子的大量沉淀，产了大量的铁泥。甚至会造成大量的污泥悬浮物在废水中难以沉降。出现这种情况的原因大多数是因硫酸亚铁与双氧水的投加比例没有控制好，或双氧水投加过量、反应不彻底导致。出现这种情况后可以通过投加絮凝剂(聚丙烯酰胺)进行强化絮凝沉淀。或者通过投加石灰粉进行pH值调节及助凝对悬浮物进行凝聚沉淀。

　　加酸→加双氧水、硫酸亚铁→加碱→加PAM，一般芬顿处理需要1-2小时进行反应，达到降解作用。

　　如果进水水质为酸性则可省略加酸，这种投加顺序可以使铁盐在芬顿后生成具有很好絮凝作用的沉淀物，节省芬顿后的絮凝沉淀药剂的投加。

　　芬顿反应结束后因硫酸亚铁的投加会产生铁离子，可先将水质加碱回调至中性，使铁离子在碱性环境中生成氢氧化铁沉淀。此时可添加PAM作为絮凝剂，使悬浮物净化更干净，形成更加密实的污泥。

　　调节pH值至2.5左右后，必须先进行硫酸亚铁的投加，让其与废水进行充分水解析出二价铁离子后再加入双氧水进行氧化生成自由基，这样则不会造成双氧水的浪费，但双氧水过多的进行投加会导致废水发黑，沉淀池会产生气泡，也会致使COD不降反高。

　　芬顿反应的pH值条件必须在2.5或稍高，也就是说必须在酸性条件下反应，但是不得低于2.5。一旦pH值小于2.5，亚铁离子完全反应成三价铁离子无法转换，则会导致大量的铁泥沉淀使废水呈红色，随着反应时间的增加硫酸亚铁的增多，红色就会越来越浓。

　　（2）芬顿试剂硫酸亚铁的投加过程中，水力搅拌条件控制不好，使其水解不均匀，使部分双氧水分解过快导致泡沫的产生。

　　（3）芬顿投加过程中双氧水投加时间过快，投加速度太快也会导致其双氧水分解过快，产生氧气夹带着SS形成气泡，产生泡沫的原理与第（2）点一样。

　　（1）在酸性条件下易产生有毒有害气体的污染物（如硫离子、氰根离子等）不应进入芬顿氧化工艺单元；

　　（3）应控制进水中 Cl-、H2PO-、HCO3-、油类和其他影响芬顿氧化反应的无机离子或污染物浓度，其限制浓度应根据试验结果确定。返回搜狐，查看更多