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芬顿技术的发展

发布时间:2023-11-10 点击数:239

Fenton反应:在酸性条件下,H202Fe2+反应产生羟基自由基,其具有超强的氧化能力(仅次于氟),能把难降解的有机物迅速氧化分解。

反应方程式:H202+Fe2+ →Fe3++OH-+·OH

其中:Fe2+是催化剂,H202是氧化剂,·OH是产生的羟基自由基,羟基自由基存活时间很短,且极不稳定,生成后有两个用途:

1、没有碰到污染物,自然分解,造成浪费;

2、接触到污染物,发挥氧化作用。

羟基自由基是芬顿反应的核心,技术创新路线都是沿着以上2个方面进行。

芬顿技术的发展:

第一代芬顿(又称土芬顿),配套构筑物一般是混凝土浇注,仅有均相反应

优点:投资成本低

缺点:COD去除率一般30%~40%,营运成本高,污泥量大,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黄色或黄褐色)。

瓶颈1:Fe2+为催化剂,使H2O2产生成・OH及OH-,但后续Fe(OH)3Fe(OH)2的产生也伴随着大量污泥。

瓶颈2:COD达到一定的去除率后,无法再继续去除。

传统芬顿只有均相反应(液态硫酸亚铁与液态双氧水发生反应生成羟基自由基),羟基自由基大部分都是被自然分解掉,利用率不高,因此,在传统芬顿的基础上,芬顿技术的创新主要在2方面:

1、生成更多的羟基自由基;

2、提高羟基自由基的被利用率;


第二代芬顿(芬顿流化床),配套反应器+填料,均相反应+非均相反应

在传统芬顿均相反应的基础上,芬顿流化床增加了非均相反应(固态羟基氧化铁与液态双氧水发生反应),以生成更多的羟基自由基,达到降低硫酸亚铁、双氧水等药剂使用量及降低污泥产生量,从而提高芬顿反应的效率。

芬顿流化床配套反应器,反应器内设置有用于推助反应的填料床(填料一般选择石英砂或铁碳类填料),外源添加的硫酸亚铁及双氧水进行催化氧化反应所产生的三价铁大部份在填料表面上结晶或沉淀,形成固体颗粒,通过射流泵、循环水泵增加回流比,从而将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中,使颗粒具有流体的某些表观特征,这种流-固接触状态称为固体流态化,即流化床。

非均相反应:反应器内设有填料,硫酸亚铁及双氧水反应所产生的羟基氧化铁(FeOOH)大部份在填料表面上结晶或沉淀,形成固体颗粒,该固体颗粒与双氧水发生非均相反应产生羟基自由基FeOOH + H202→·OH

相较于均相反应,非均相反应效率较低。如下图所示:晶体外部红色圈圈部分即为羟基氧化铁,随着附在填料上的羟基氧化铁越来越多,晶体颗粒越来越大,当颗粒大到一定程度时,就会出现板结,因此,需要定期更换填料。