Fenton试剂在废水处理中的应用--ppt课件.ppt
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Fenton试剂在废水处试剂在废水处理中的研究应用理中的研究应用ppt课件目目录录前前言言1工业废水的来源工业废水的来源2Fenton试剂的介绍试剂的介绍3Fenton试剂在废水处理中的应用试剂在废水处理中的应用4展展望望Page-2-前前言言u近近年年来来,高高级级氧氧化化技技术术在在处处理理难难生生物物降降解解废废水水方方面面取取得得了了一一定定的的进进展展,尤尤其其是是Fenton试试剂剂作作为为一一种种强强氧氧化化剂剂去去除除废废水水中中的的有机污染物效果显著。
有机污染物效果显著。
uFenton试试剂剂法法是是一一种种采采用用过过氧氧化化氢氢为为氧氧化化剂剂、以以亚亚铁铁盐盐为为催催化化剂剂的的均均相相催催化化氧氧化化法法,在在偏偏酸酸性性条条件件下下,反反应应过过程程中中产产生生的的OH是是一一种种氧氧化化能能力力很很强强的的自自由由基基,具具有有较较高高的的氧氧化化还还原原电电位,能迅速的氧化废水中的污染物而几乎没有选择性。
位,能迅速的氧化废水中的污染物而几乎没有选择性。
u与与其其它它氧氧化化工工艺艺如如相相比比,Fenton试试剂剂氧氧化化法法具具有有运运行行成成本本低、工艺简单、操作简便和在常温常压下反应的特点。
低、工艺简单、操作简便和在常温常压下反应的特点。
Page-3-1工业废水的来源工业废水的来源Page-4-ppt课件1.1工业废水的来源工业废水的来源工业废水工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液,其中是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。
产生的污染物。
工业废水是水体的一大污染源,占我国废水总排放量的工业废水是水体的一大污染源,占我国废水总排放量的70%以上。
由于工业生产的多样性、产生的排水污染性质也纷呈复杂,以上。
由于工业生产的多样性、产生的排水污染性质也纷呈复杂,如有机污染、无机污染热污染、色度污染等等。
随着工业的迅速如有机污染、无机污染热污染、色度污染等等。
随着工业的迅速发展,废水的种类和数量迅猛增加,对水体的污染也日趋广泛和发展,废水的种类和数量迅猛增加,对水体的污染也日趋广泛和严重,威胁人类的健康和安全严重,威胁人类的健康和安全。
Page-5-2Fenton试剂的介绍试剂的介绍Page-6-ppt课件2.1Fenton试剂的发现试剂的发现1894法国科学家法国科学家H.J.H.Fenton在一项科学研究中发现在一项科学研究中发现酸性水溶液中在酸性水溶液中在H2O2与与Fe2+共存的条件下可以有效的将共存的条件下可以有效的将酒石酸氧化,这项研究发现为人们分析还原性有机物和酒石酸氧化,这项研究发现为人们分析还原性有机物和有机物的选择性氧化提供了一种新的方法。
有机物的选择性氧化提供了一种新的方法。
人们为了纪人们为了纪念这位伟大的科学家,将念这位伟大的科学家,将H2O2/Fe2+命名为命名为Fenton试剂试剂,即为标准即为标准Fenton试剂。
标准试剂。
标准Fenton试剂自出现以后就得试剂自出现以后就得到了广泛的研究和应用,到了广泛的研究和应用,Page-7-2.2Fenton试剂的作用机理试剂的作用机理
(1)强氧化作用强氧化作用目前普遍为大家所接受的反应机理:
目前普遍为大家所接受的反应机理:
H2O2与与Fe2+反应反应分解生成分解生成羟基自由基羟基自由基(OH)和氢氧根离子和氢氧根离子(OH-),并引发连并引发连锁反应从而产生更多的其它自由基,然后利用这些自由基锁反应从而产生更多的其它自由基,然后利用这些自由基进攻有机质分子,从而破坏有机质分子并使其矿化直至转进攻有机质分子,从而破坏有机质分子并使其矿化直至转化为化为CO2、H2O等无机质等无机质。
Page-8-氧化机理氧化机理Page-9-2.2Fenton试剂的作用机理试剂的作用机理
(2)絮凝絮凝/沉降作用沉降作用以上这些经典机理对一些实际废水处理所存在的现象却以上这些经典机理对一些实际废水处理所存在的现象却往往难以解释。
往往难以解释。
Walling和和Kato,S.H.Lin和和Lo的研究表明,的研究表明,Fenton试剂在处理废水过程中,再生的试剂在处理废水过程中,再生的Fe2+、反应后端产、反应后端产生的生的Fe3+与氢氧化物反应生成的铁水络合物,还具有絮凝、与氢氧化物反应生成的铁水络合物,还具有絮凝、沉淀的功能。
沉淀的功能。
Page-10-如果如果pH值为值为37时,则:
时,则:
絮凝絮凝/沉降机理沉降机理Page-11-根据上述根据上述Fenton试剂氧化降解有机物的机理和途径可知,试剂氧化降解有机物的机理和途径可知,OH是氧化有机物的有效因子,而二价铁、过氧化氢及废水是氧化有机物的有效因子,而二价铁、过氧化氢及废水的酸碱性决定了的酸碱性决定了OH的产率的产率,因此,影响因此,影响Fenton试剂处理难试剂处理难降解废水的程度降解废水的程度的因素有:
的因素有:
2.3Fenton试剂的影响因素试剂的影响因素影影响响因因素素pH值值催化剂的种类催化剂的种类H2O2投加量投加量H2O2投加方式投加方式Page-12-能够催化过氧化氢的金属离子催化剂可以有多种,常见的有:
能够催化过氧化氢的金属离子催化剂可以有多种,常见的有:
Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等。
在不同金属离子存在下,双氧水对难降解有机物的催化氧化等。
在不同金属离子存在下,双氧水对难降解有机物的催化氧化效果不同。
研究结果表明效果不同。
研究结果表明,FeSO4为为Fenton试剂的最佳催化剂试剂的最佳催化剂。
催化剂的种类催化剂的种类pH是影响是影响Fenton试剂处理效果的重要因素之一,试剂处理效果的重要因素之一,H2O2分解为分解为OH的速度与的速度与溶液中溶液中OH-的浓度有关,即溶液初始的浓度有关,即溶液初始pH值对双氧水的分解有很大的影响。
双值对双氧水的分解有很大的影响。
双氧水在碱性条件下极不稳定,容易分解,在酸性条件下其分解反应动力学常数氧水在碱性条件下极不稳定,容易分解,在酸性条件下其分解反应动力学常数最高。
最高。
pH过高或过低对有机物去除均不利,因为催化过氧化氢分解的铁的有效形过高或过低对有机物去除均不利,因为催化过氧化氢分解的铁的有效形式是式是Fe(O2H)2+、Fe(OH)2+,其在,其在pH25的范围内浓度较高。
的范围内浓度较高。
溶液的溶液的pH值值2.3Fenton试剂的影响因素试剂的影响因素Page-13-2.3Fenton试剂的影响因素试剂的影响因素采用采用Fenton试剂处理废水的有效性和经济性主要取决于双氧水的投加量。
试剂处理废水的有效性和经济性主要取决于双氧水的投加量。
现有文献提及:
随着过氧化氢用量的增加,氧化效率现有文献提及:
随着过氧化氢用量的增加,氧化效率(O.E)值下降,这可能和值下降,这可能和副反应的发生有关。
当过氧化氢用量较高时,使得过氧化氢发生无效分解从副反应的发生有关。
当过氧化氢用量较高时,使得过氧化氢发生无效分解从而降低了氧化效率。
而降低了氧化效率。
H2O2投加量投加量保持保持H2O2的总投加量不变,将的总投加量不变,将H2O2均匀地分批投加,可提高废水的处理均匀地分批投加,可提高废水的处理效果。
其原因是效果。
其原因是H2O2分批投加时,分批投加时,H2O2/Fe2+相对降低,即催化剂浓度相对相对降低,即催化剂浓度相对提高,从而使提高,从而使H2O2的的OH产率增大,提高了产率增大,提高了H2O2的利用率,进而提高了总的的利用率,进而提高了总的氧化效果。
氧化效果。
H2O2投加方式投加方式Page-14-2.4Fenton试剂的演变试剂的演变21类Fenton试剂光-Fenton试剂有研究表明有研究表明,利用利用Fe()盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿物盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿物(如赤如赤铁矿、针铁矿等铁矿、针铁矿等)同样可使同样可使H2O2催化分解产生催化分解产生OH,达到降解有机物,达到降解有机物目的,以这类催化剂组成的目的,以这类催化剂组成的Fenton试剂,称为类试剂,称为类Fenton试剂。
试剂。
把光引进把光引进Fenton试剂可以克服普通试剂可以克服普通Fenton试剂的缺点,称为光试剂的缺点,称为光-Fenton试剂,分为试剂,分为UV-Fenton试剂、试剂、UV-vis/H2O2草酸铁络合物法草酸铁络合物法和和UV-TiO2/Fenton试剂。
试剂。
Page-15-3电-Fenton试剂电电-Fenton氧化法是把通过电化学法产生的氧化法是把通过电化学法产生的H2O2和和Fe2+作为作为Fenton试剂的持续来源。
与普通试剂的持续来源。
与普通Fenton试剂和光试剂和光-Fenton试剂相试剂相比,具有以下优点:
比,具有以下优点:
自动产生自动产生H2O2的机制完善;的机制完善;有机物降解的因素多,除有机物降解的因素多,除OH的氧化作用外,还有阳极氧化、的氧化作用外,还有阳极氧化、电吸附等;电吸附等;喷洒在阴极上的氧气或空气可提高反应溶液的混合作用;喷洒在阴极上的氧气或空气可提高反应溶液的混合作用;Fe2+可由阴极再生,污泥产量少。
可由阴极再生,污泥产量少。
Page-16-3Fenton试剂在废水处理试剂在废水处理中的应用中的应用Page-17-ppt课件张娴娴等张娴娴等对重庆钢铁基团焦化厂实际生产废水进行实验研究,结果对重庆钢铁基团焦化厂实际生产废水进行实验研究,结果表明:
在常温表明:
在常温25下,下,pH=3.0,反应持续时间反应持续时间5min,氧化剂投加量,氧化剂投加量H2O2/CODCr=2:
12,Fe2+的投加量的投加量Fe2+/H2O2=15:
1,2次投加次投加H2O2时,时,Fenton法氧化降解处理焦化废水达到最佳处理效果,法氧化降解处理焦化废水达到最佳处理效果,CODCr从从2480mg/L降至降至295mg/L,酚从,酚从800mg/L降至降至84mg/L,去除率分别为,去除率分别为88.12%,89.45%。
3.1Fenton试剂处理焦化废水试剂处理焦化废水焦化废水焦化废水是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及产品回收过程中产生的是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及产品回收过程中产生的废水,其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物,废水,其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物,成分复杂,污染物浓度高、色度高、毒性大,性质非常稳定,是一种典成分复杂,污染物浓度高、色度高、毒性大,性质非常稳定,是一种典型的难降解有机废水。
型的难降解有机废水。
Page-18-武建军等武建军等采用采用Fenton试剂对焦化废水试剂对焦化废水SBR处理后的出水进行后续氧处理后的出水进行后续氧化处理,当氧化剂化处理,当氧化剂H2O2投加量为投加量为1.67mL/L,FeSO47H2O的投加量为的投加量为1.67g/L,废水的初始,废水的初始pH值为值为6.5,静置氧化时间,静置氧化时间4h时,时,Fenton氧化达到氧化达到最佳处理效果,最佳处理效果,CODCr从从481.1mg/L降至降至246.7mg/L,去除率为,去除率为48.72。
3.1Fenton试剂处理焦化废水试剂处理焦化废水王春敏等王春敏等对某焦化厂生化处理前的废水进行对某焦化厂生化处理前的废水进行Fenton试剂试剂活性炭吸附活性炭吸附处理研究,该废水的处理研究,该废水的pH值约为值约为7.2,COD为为1935mg/L,结果表明:
,结果表明:
Fenton试剂试剂-活性炭吸附工艺处理焦化废水的最佳操作条件为:
活性炭吸附工艺处理焦化废水的最佳操作条件为:
Fenton试试剂氧化阶段剂氧化阶段H2O2投加量为投加量为55mmol/L,Fe2+/H2O2=1:
10,初始,初始pH=3;活性炭吸附阶段活性炭投加量为;活性炭吸附阶段活性炭投加量为2.5g/L,pH=3,吸附时间,吸附时间30min。
在。
在此操作条件下,此操作条件下,焦化废水焦化废水COD降至降至48mg/L,去除率达,去除率达97.5%。
Page-19-3.2Fenton试剂处理含油废水试剂处理含油废水含油废水含油废水成分较复杂,不仅含油浓度高,且常溶有大量的苯类、酚类、成分较复杂,不仅含油浓度高,且常溶有大量的苯类、酚类、腐殖酸类和多环芳烃等有机污染物,难于生物降解。
腐殖酸类和多环芳烃等有机污染物,难于生物降解。
钟萍等钟萍等通过采用通过采用Photo-Fenton方法,以方法,以500W高压汞灯为光源,对含煤高压汞灯为光源,对含煤油废水进行处理研究,结果表明,油类去除率达到油废水进行处理研究,结果表明,油类去除率达到75%。
祁佩时等祁佩时等以以Fenton试剂为氧化剂对稠油石化废水进行处理,研究表明,试剂为氧化剂对稠油石化废水进行处理,研究表明,当当Fenton试剂氧化的初始条件为质量比试剂氧化的初始条件为质量比(H2O2/COD)R=1.52,摩尔比,摩尔比(H2O2/Fe2+)M=10:
1,初始,初始pH=3,时间为,时间为60min,氧化温度,氧化温度T=25时时,氧化氧化后后COD由由89.2mg/L降至降至34.0mg/L,去除效率为,去除效率为62.00%。
刘建伟等刘建伟等采用采用Fenton试剂对发酵甘油生产废水进行处理研究,通过处试剂对发酵甘油生产废水进行处理研究,通过处理后废水的理后废水的COD由由13500mg/L降至降至4030mg/L,可生化性由,可生化性由0.202提高到提高到0.568。
Page-20-3.3Fenton试剂处理农药废水试剂处理农药废水农药废水农药废水污染物浓度较高,污染物浓度较高,CODCOD量大,含有杀虫剂、除草剂、有机氯农量大,含有杀虫剂、除草剂、有机氯农药和有机磷农药等,由于其中含有酚、砷、汞等有毒物质以及许多生物难药和有机磷农药等,由于其中含有酚、砷、汞等有毒物质以及许多生物难以降解的物质,使其具有毒性大、有恶臭气味以及对人的呼吸道和粘膜有以降解的物质,使其具有毒性大、有恶臭气味以及对人的呼吸道和粘膜有刺激性等特点。
刺激性等特点。
孙红文等采用孙红文等采用Fenton试剂和试剂和Photo-Fenton对对2,4-二氯苯氧乙酸二氯苯氧乙酸(2,4-D)进进行降解试验,在行降解试验,在2,4-D质量浓度为质量浓度为200mg/L、H2O2质量浓度为质量浓度为200mg/L、Fe2+质量浓度为质量浓度为40mg/L、pH值值为为3.5、反应时间为、反应时间为10min条件下,条件下,2,4-D降解率为降解率为85%,水样的,水样的TOC去除率为去除率为80%;在;在Photo-Fenton作用下,作用下,H2O2质量浓度为质量浓度为100mg/L,Fe2+质量浓度为质量浓度为20mg/L,pH为为3.5,反应时,反应时间为间为60min,可达到与,可达到与Fenton试剂相同的处理效果。
试剂相同的处理效果。
Page-21-3.4Fenton试剂处理制药废水试剂处理制药废水制药废水制药废水成分复杂、毒性大、色度深,常含有大量的生物抑制剂,而成分复杂、毒性大、色度深,常含有大量的生物抑制剂,而且废水水质、水量波动较大,是处理难度较大的工业废水之一。
且废水水质、水量波动较大,是处理难度较大的工业废水之一。
M.Ravina等等以以400W高压汞灯为光源高压汞灯为光源,采用采用Photo-Fenton对含双氯芬对含双氯芬酸止痛药废水进行处理研究酸止痛药废水进行处理研究,在适宜的试验条件下在适宜的试验条件下,水样的水样的TOC去除率达去除率达到到100%。
黄永辉等黄永辉等采用采用Fenton试剂处理含咪唑酮、羟基吡嗪、氯乙酰胺及长链试剂处理含咪唑酮、羟基吡嗪、氯乙酰胺及长链亚胺类化合物等杂环类制药废水,也取得了显著的成果,将废水的可生化亚胺类化合物等杂环类制药废水,也取得了显著的成果,将废水的可生化性由性由0.1提高到提高到0.6。
Page-22-3.5Fenton试剂处理印染废水试剂处理印染废水纺织印染废水纺织印染废水具有色度高,具有色度高,CODCOD高和排放量大等特点,尤其在化纤高和排放量大等特点,尤其在化纤生产、纺织、印染加工过程中,大量用到表面活性剂、助剂、油剂、生产、纺织、印染加工过程中,大量用到表面活性剂、助剂、油剂、浆料、树脂和染料,使纺织废水浆料、树脂和染料,使纺织废水CODCOD越来越高,而这些合成物质难越来越高,而这些合成物质难于被生化降解。
其中多数染料分子是以苯环为核心的稠环、杂环结于被生化降解。
其中多数染料分子是以苯环为核心的稠环、杂环结构,属于高度稳定的大分子有机物,其中的硝基和胺基等基团具有构,属于高度稳定的大分子有机物,其中的硝基和胺基等基团具有较大的生物毒性和致癌性。
目前印染废水处理厂普遍采用物化生化较大的生物毒性和致癌性。
目前印染废水处理厂普遍采用物化生化二级处理工艺,处理后出水的色度均较高,直接排放会给环境带来二级处理工艺,处理后出水的色度均较高,直接排放会给环境带来危害。
危害。
Page-23-王利平等王利平等采用采用Fenton试剂对常州市某印染废水处理厂的二沉池进行深度处试剂对常州市某印染废水处理厂的二沉池进行深度处理,在理,在pH=6,H2O2/Fe2+=0.8,Fe2+投加量为投加量为1.0g/L,反应时间为反应时间为3h的条件的条件下下,研究了研究了Fenton试剂对试剂对COD、TP、TN、NH3-N和色度的去除效果。
和色度的去除效果。
3.5Fenton试剂处理印染废水试剂处理印染废水项项目目原原水水出出水水DB32/1072-2007限值限值去除率去除率COD(mg/L)83.213.125084%TP(mg/L)1.130.280.575%TN(mg/L)19.0613.911527%NH3-N(mg/L)0.350.19546%色度色度/倍倍4884083%注:
注:
DB32/1072-2007太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值Page-24-4展展望望Page-25-ppt课件以太阳光和可见光为光源的以太阳光和可见光为光源的Photo-Fenton法,充分利用太阳光,可有效法,充分利用太阳光,可有效地节约能源和降低处理成本;地节约能源和降低处理成本;电电-Fenton法不需要外在提供法不需要外在提供H2O2,且,且Fe2+可循环再生利用,是最为清可循环再生利用,是最为清洁的洁的Fenton氧化技术;氧化技术;将紫外光、草酸铁和微电解等引入将紫外光、草酸铁和微电解等引入Fenton试剂体系,可有效地降低试剂体系,可有效地降低H2O2和和Fe2+用量,提高了用量,提高了Fenton试剂利用率和有机物矿化率。
试剂利用率和有机物矿化率。
研究研究Fenton氧化法与其它处理过程组合工艺也是近年来研究者所关注氧化法与其它处理过程组合工艺也是近年来研究者所关注的。
的。
因此因此Fenton氧化法基本上将沿着氧化法基本上将沿着Photo-Fenton法、电法、电-Fenton法以及和其法以及和其他处理过程组合工艺的路线向前发展。
他处理过程组合工艺的路线向前发展。
展展望望随着研究不断深入随着研究不断深入Fenton氧化法在不断地改进和发展,出现了各种组氧化法在不断地改进和发展,出现了各种组合体系:
合体系:
Page-26-展展望望但是目前大多数研究尚处于实验室和理论探索阶段,有关实际应用的但是目前大多数研究尚处于实验室和理论探索阶段,有关实际应用的成果报道较少,其原因主要有:
成果报道较少,其原因主要有:
Fenton氧化体系对氧化体系对pH响应范围较窄响应范围较窄(pH2.55.0);反应过程中反应过程中Fe2+易流失,且常产生大量难处理含铁污泥;易流失,且常产生大量难处理含铁污泥;以紫外光作为光源的以紫外光作为光源的UV/Fenton和电和电-Fenton法处理费用通常相对较高。
法处理费用通常相对较高。
因此,因此,拓宽拓宽Fenton氧化体系的氧化体系的pH响应范围,开展响应范围,开展Fe2+/Fe3+固定化技固定化技术研究,术研究,是今后是今后Fenton氧化技术应用于难降解有机工业废水处理领域的氧化技术应用于难降解有机工业废水处理领域的研究重点。
研究重点。
Fenton试剂作为一种强氧化剂用于去除有机工业废水中的难降解试剂作为一种强氧化剂用于去除有机工业废水中的难降解有机污染物具有明显优点,是一种很有应用潜力的废水处理技术。
有机污染物具有明显优点,是一种很有应用潜力的废水处理技术。
Page-27-Page-28-ppt课件
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