芬頓工藝在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中，水資源是不可或缺的組成部分，所產(chǎn)生的廢水問題中含有大量有毒有害物質(zhì)，降解難度較大，如果未能得到合理有效的處理，直接排放到自然環(huán)境中，將在不同程度上污染土壤、河流和大氣，威脅到生態(tài)平衡，與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相背離。這就需要對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行有效處理，選擇合適的處理方法和處理技術(shù)，而當(dāng)前市場上應(yīng)用廣泛且效果可觀的當(dāng)屬芬頓工藝，操作工藝簡單、投資費(fèi)用較少，較之傳統(tǒng)工藝廢水處理效果可觀。加強(qiáng)芬頓工藝在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用探究，對(duì)于現(xiàn)代化工業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

　　1、工業(yè)廢水中芬頓工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

　　芬頓工藝作為當(dāng)前工業(yè)廢水處理中廣泛應(yīng)用的一種方法，操作便捷、成本較低，廢水處理效果可觀。在化學(xué)研究中，F(xiàn)entonHJ在1983年研究中了解到，酸性條件下H2O2與二價(jià)鐵離子Fe混合在一起，溶液的強(qiáng)氧化性特點(diǎn)鮮明，化學(xué)公式為，而這一發(fā)現(xiàn)大大促進(jìn)了無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展，后人為了紀(jì)念Fenton的發(fā)現(xiàn)，將這一反應(yīng)命名為芬頓反應(yīng)。發(fā)展到上個(gè)世紀(jì)70年代后，芬頓試劑開始在環(huán)境化學(xué)中廣泛應(yīng)用，尋找到了自己應(yīng)有的位置，憑借著獨(dú)特的有機(jī)污染物高降解能力，在印染廢水、含油廢水、二苯胺廢水、焦化廢水和含硝基苯廢水等廢水處理中應(yīng)用效果明顯，可以有效降低有毒有害物質(zhì)對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。

　　在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用芬頓工藝，無論是獨(dú)立使用來處理工業(yè)廢水，還是聯(lián)合其他方法進(jìn)行預(yù)處理、深度處理，都可以達(dá)到很好的處理效果。通過相關(guān)研究成果可以了解到，芬頓工藝自身擁有明顯的優(yōu)勢，在酸性條件下，常溫下可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有啟動(dòng)快、工藝簡單等優(yōu)勢;反應(yīng)設(shè)備操作便捷，可以大大降低能耗總量，經(jīng)濟(jì)效益可觀。由于芬頓工藝自身較強(qiáng)的氧化作用，可以在工業(yè)廢水處理中充分消除污染物，保證廢水無害化，避免對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。氧化劑H202參與到化學(xué)反應(yīng)中，促使有機(jī)物自行降解，加之反應(yīng)條件差異不顯著，所以芬頓工藝適應(yīng)性較強(qiáng)，在工業(yè)廢水處理中得到了廣泛推廣和應(yīng)用。

　　2、影響芬頓反應(yīng)的因素分析

　　2.1 溫度因素

　　溫度是芬頓反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵因素之一，隨著化學(xué)反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速度隨之加快，?OH生成速度也加快，促使?OH與有機(jī)物充分反應(yīng)，氧化效果和CODCr去除率大大提升。但溫度升高的同時(shí)，H2O2的分解速度隨之加快，分解成H2O和O2物質(zhì)，抑制?OH物質(zhì)生成。由于工業(yè)廢水種類不同，芬頓反應(yīng)最佳溫度同樣存在一定差異。如，在洗膠廢水處理中，芬頓反應(yīng)的最佳溫度為85℃;聚丙烯酰胺水溶液處理中，芬頓反應(yīng)溫度為30℃～50℃。如果溫度超出一定范圍，將不利于芬頓反應(yīng)的發(fā)生。最佳溫度由試驗(yàn)確定。

　　2.2 pH值

　　通常情況下，芬頓試劑主要是在酸性條件下發(fā)生芬頓反應(yīng)，伴隨著pH值升高，?OH物質(zhì)生成受到極大的限制，生成氫氧化鐵沉淀，原有的催化能力逐步喪失。溶液中如果H+物質(zhì)濃度超過一定范圍，將會(huì)影響到Fe3+還原成Fe2+過程順利完成，不利于催化反應(yīng)發(fā)生。通過大量的實(shí)踐研究可以了解到，酸性條件下應(yīng)用芬頓試劑，pH值在3～5范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的氧化能力，可以加快有機(jī)物降解速率。有機(jī)物反應(yīng)速率常數(shù)與Fe2+和過氧化氫初始濃度成正比。故此，結(jié)合相關(guān)實(shí)踐研究可以了解到，工業(yè)廢水處理中應(yīng)用芬頓工藝，需要保證廢水pH在2～4范圍內(nèi)，以便于加快有機(jī)物降解速度，提升廢水處理效果。

　　2.3 有機(jī)底物

　　工業(yè)廢水處理中應(yīng)用芬頓工藝，需要結(jié)合廢水種類和特性選擇芬頓試劑投入量，以便于獲得最佳的氧化效果。不同類型工業(yè)廢水，有機(jī)物種類存在顯著差異，醇類和糖類碳水化合物，受到羥基作用，分子會(huì)出現(xiàn)脫氧反應(yīng)，C-C鍵斷裂;大分子糖類，受到羥基自由基作用碳分子鏈的糖苷鍵斷裂，降解成大量的小分子物質(zhì)。如果是水溶性較高的化合物，受到羥基自由基作用C=C鍵斷裂，促使芳香族化合物開環(huán)，生成大量的脂肪類化合物，降低有機(jī)物中的有毒有害程度，改善物質(zhì)的生化性;印染廢水中，羥基自由基可以打開官能團(tuán)不飽和建，促使物質(zhì)的氧化分解，達(dá)到有機(jī)物的降低或消除的目的。

　　在殼聚糖處理中應(yīng)用芬頓試劑降解處理中，介質(zhì)pH值在3～5范圍內(nèi)，H2O2的摩爾比為24：1，聚糖為240：12，催化劑摩爾比為2，借助芬頓試劑促使殼聚糖分子鏈的糖苷鍵斷裂，有大量的小分子物質(zhì)產(chǎn)生。

　　2.4 過氧化氫和催化劑投入量

　　芬頓工藝在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際情況控制投入量，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。H2O2投入量較大，投入在一定程度上提升有機(jī)物質(zhì)降解效率，但是H2O2投入量達(dá)到飽和后，有機(jī)物的去除率反而會(huì)下降。究其根本，是由于芬頓試劑在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用，隨著H2O2投入量增加，生成的?OH物質(zhì)量增加，有機(jī)物質(zhì)去除率升高，但是H2O2濃度過高，促使雙氧水分解，并不會(huì)產(chǎn)生羥基自由基。增加催化劑投入量，同雙氧水投入量存在直接聯(lián)系。增加Fe2+用量，可以有效提升有機(jī)物去除率，但是達(dá)到一定程度上后有機(jī)物去除率反向下降。究其根本，F(xiàn)e2+濃度處于不斷升高時(shí)，?OH物質(zhì)生成量增加;Fe2+濃度處于較高值時(shí)，H2O2無效分解，生成氧氣。在工業(yè)廢水處理中，催化劑的投入量需要經(jīng)過試驗(yàn)后確定。

　　3、工業(yè)廢水處理中芬頓工藝應(yīng)用途徑

　　3.1 印染廢水處理中應(yīng)用

　　在印染廢水處理中應(yīng)用芬頓工藝，由于色度較高，化學(xué)需氧量濃度隨之升高，但是可生化性偏低。芬頓試劑自身氧化性能良好，促使部分難生物降解有機(jī)物轉(zhuǎn)變成可生化性良好的物質(zhì)，破壞染料中發(fā)色基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)印染廢水的降解處理。

　　染料廢水中的蒽醌染料降解難度較大，微電解混凝-Fenton試劑催化氧化工藝能有效降解蒽醌染整廢水中的難降解有機(jī)物，當(dāng)蒽醌染整廢水CODcr為700～800mg/L，BOD5為80～100mg/L，色度450～550倍時(shí);處理出水的CODc≤50mg/L,去除率93%～94%,出水BOD5≤10mg/L,去除率90%～95%，出水色度≤20倍，去除率95%～96%。Fenton試劑催化氧化的主要工藝參數(shù)為：FeSO4投加量200mg2L-1,H2O2投加量100mg2L-1,pH=5.0,反應(yīng)時(shí)間30min。

　　3.2 焦化廢水處理中應(yīng)用

　　焦化廢水處理中，由于其中含有大量的降解難度較大的物質(zhì)，如含氮雜環(huán)化合物和多稠環(huán)芳烴等，還有大量有毒有害物質(zhì)，通過生化廢水處理后一般達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。以往的A/O方法處理焦化廢水效果較差，一般也達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，生化后加活性炭工藝處理焦化廢水可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，但是運(yùn)行成本較高，應(yīng)用范圍較窄。芬頓工藝在焦化廢水處理中應(yīng)用前景良好，聯(lián)合活性炭吸附工藝，焦化廢水中的COD去除率可以達(dá)到97%以上，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。借助芬頓工藝處理COD含量較高的焦化廢水，實(shí)際效果較為可觀，值得廣泛應(yīng)用。

　　3.3 垃圾滲濾液處理中應(yīng)用

　　垃圾滲濾液處理中應(yīng)用芬頓工藝，由于其中含有大量濃度較高的有機(jī)物，微生物難于降解。采用常規(guī)的生化處理工藝，不但難于控制，效果也差。而借助芬頓工藝處理垃圾滲濾液，提升垃圾滲濾液可生化性，提升廢水處理效果和質(zhì)量，處理后的水質(zhì)可以達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.4 含酚物質(zhì)廢水處理中應(yīng)用

　　酚類物質(zhì)對(duì)于人體健康危害較大，具有較強(qiáng)的毒副作用，降解難度較大。在酚類物質(zhì)處理中應(yīng)用芬頓工藝，處理效果較為可觀。pH在3～6范圍內(nèi)，溫度恒定，借助氧化鐵催化劑作用下，有助于過氧化氫的對(duì)酚物質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞作用充分發(fā)揮，氧化反應(yīng)中生成二元酸，然后生成CO2和H2O。在含酚廢水處理中，芬頓工藝應(yīng)用較為廣泛，可以有效降低廢水中有毒有害物質(zhì)含量，提升有機(jī)物降解效率和質(zhì)量，滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)后排入到自然環(huán)境中。

　　3.5 油田廢水處理中應(yīng)用

　　油田污水中含有的成分較為復(fù)雜，選擇哪一種處理工藝需要結(jié)合實(shí)際情況，首先需要確定最佳反應(yīng)條件。在含油污水處理中應(yīng)用芬頓試劑，通過正交試驗(yàn)確定芬頓試劑反應(yīng)因素影響權(quán)重，可以得出H2O2濃度>反應(yīng)時(shí)間>Fe2+濃度>反應(yīng)溫度，采用最佳的反應(yīng)條件可提升廢水處理效率和降低處理成本。