Fenton技術(shù)在廢水處理中如何有效應用？

其化學(xué)反應機制：H2O2+Fe2+→•OH+OH-+Fe3+→Fe(OH)3↓

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(huì )影響到廢水的處理效果。先通過(guò)正交實(shí)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(jìn)芬頓試劑投加順序與污泥沉降處理行pH值調節的順序進(jìn)行投加。在硫酸亞鐵投加后反應15分鐘左右，再進(jìn)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。

加藥設備：硫酸加藥池、亞鐵加藥池、雙氧水加藥池、PAM加藥池(有的建議設曝氣裝置)，當然也要配備加藥泵。

反應池：攪拌機，如果想提高效率可以采用類(lèi)芬頓反應原理(添加紫外光源，微波發(fā)射器等)，不過(guò)一般的芬頓反應池可以不用。監測設備：PH探頭，ORP探頭。

絮凝池：攪拌機，PAM加藥泵。

沉淀池：一般采用斜管沉淀池，污泥泵。

反應過(guò)程：先調節PH到適合，進(jìn)入芬頓反應池反應，絮凝，沉淀。

氰化物是劇毒性的物質(zhì)，在廢水的排放中都要嚴格控制氰化物的含量。

芬頓試劑可有效地處理氰化物，處理過(guò)程中，游離的氰化物分兩步被分解。

俄羅斯學(xué)者研究了采用Fenton試劑處理含有氰化物和硫氰化物的廢水(質(zhì)量濃度均為1000mg/L)，前者氧化率為99.8%，后者氧化率為84.0%。

酚類(lèi)物質(zhì)有較高的毒性，對人體有致癌作用，屬于難降解的工業(yè)有機廢水。芬頓試劑可用于處理苯酚、甲酚、氯代酚等多種酚類(lèi)，效果均極好。在室溫、pH=3-6和FeS04催化劑存在的情況下，H202可快速破壞酚結構，氧化過(guò)程中先將苯環(huán)分裂為二元酸，最后生成CO2和H2O。

研究用芬頓試劑氧化法處理對氨基酚(PAP)，探討了影響處理結果的因素。在選定的條件下，PAP去除率為96%-98%，廢水色度明顯變淺，降低了廢水的生物毒害性，改善了廢水的生物降解性能。除了可以直接降解氯酚類(lèi)物質(zhì)外，還可以用芬頓試劑氧化作為生物處理技術(shù)的前處理過(guò)程，使廢水的毒性降低，可生化性提高。在用芬頓試劑和生物法聯(lián)合處理含有五氯酚的廢水時(shí)，集瑞環(huán)保實(shí)驗人員觀(guān)察到在預處理中采用芬頓試劑與只采用H202相比，在后續的生物處理過(guò)程中五氯酚的吸收速率顯著(zhù)提高。

紡織印染廢水的組成非常復雜，多數分子是以苯環(huán)為核心的稠環(huán)、雜環(huán)結構，屬于高度穩定且有高致癌性的廢水，它難以降解，并含有大量殘余的染料和助劑。目前染料廢水主要問(wèn)題是殘余染料所產(chǎn)生的色度。染料廢水中顏色來(lái)源于染料分子的共扼體系，芬頓試劑在酸性條件下生成HO˙能夠氧化打破這種共扼結構，使之變成無(wú)色的有機分子進(jìn)一步礦化。

采用芬頓氧化法對染料廢水進(jìn)行處理具有高效低耗、無(wú)二次污染的優(yōu)勢。集瑞環(huán)保實(shí)驗人員研究用芬頓試劑降解直接染料，發(fā)現染料分解是由2步反應進(jìn)行的，第一步反應很快，第二步反應較慢，在優(yōu)化反應條件下，30℃和30 min內，染料97%可被降解，60min后COD可去除70%。

染料中間體廢水中常含有大量的蒽醌、萘、苯的各種取代基衍生物，具有COD高、色度高等特點(diǎn)，是目前較難處理的工業(yè)廢水之一。用芬頓試劑處理此類(lèi)廢水的集瑞環(huán)保實(shí)驗人員研究也在陸續開(kāi)展，并取得良好效果。

研究用芬頓試劑處理B一萘磺酸鈉。先用Fecl3,進(jìn)行混凝處理，后用芬頓試劑氧化。在適宜的條件下，廢水的COD和色度去除率分別達到99.6%和95.3%，處理后廢水可達到排放標準。

農藥廢水是一種難治理的有機化工廢水，具有COD高、毒性大、難生物降解等特點(diǎn)。近來(lái)針對這點(diǎn)，出現了一些用Fenton法進(jìn)行處理的研究。

實(shí)驗人員研究用芬頓法與光芬頓法降解2,4-二氯苯氧乙烯(2,4-D)，探索了反應條件對降解效果的影響。在2,4-D質(zhì)量濃度為200m g/I,H202質(zhì)量濃度為200mg/L,Fe 2+質(zhì)量濃度為40200mg/L,pH為3.5的情況下，可在10 min內使農藥的降解率達到85%,TOC去除率也可達到80%以上。

煉焦廢水含有數十種無(wú)機和有機化合物，包括氨氮、硫氰化物、硫化物、氰化物、酚、苯胺、苯并比等，其中一些是高致癌物，屬于高污染難治理的工業(yè)廢水。

芬頓氧化/混凝協(xié)同處理焦化廢水經(jīng)生物處理后的出水，經(jīng)此處理后，出水可達國家二級排放標準。如后續再經(jīng)生物處理，最后出水將可穩定地達到國家一級排放標準。研究試驗中，還通過(guò)分析相對分子質(zhì)量分布和小分子有機物組成，揭示了焦化廢水生物處理后出水的物質(zhì)組成及其在芬頓氧化/混凝協(xié)同處理后的污染物變化規律。

城市垃圾滲濾液是一種組成成分復雜的污水，將會(huì )污染地下水，對城市環(huán)境構成嚴重威脅。由于其含有多種有毒有害的難降解有機物，不易用傳統的生化法來(lái)處理。不同的填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液的組成、濃度不同。因此，對垃圾滲濾液的處理效率，集瑞環(huán)保實(shí)驗人員研究主要是從降低COD和去除的混合物中有機物分子量來(lái)考察。

垃圾滲透液中的應用，進(jìn)行了用芬頓法處理垃圾滲濾液的中型試驗，反應在連續的攪拌發(fā)生器中進(jìn)行，當試劑加入量適當時(shí)，COD的去除率可達67.5%，從而提高了可生化性，有利于進(jìn)一步的處理。

由以上對各種廢水的研究可知用芬頓試劑處理廢水的特點(diǎn)，一是反應啟動(dòng)快，反應在酸性的環(huán)境中，常溫常壓，條件溫和;二是不需要設計復雜的反應系統，設備簡(jiǎn)單、能耗小。

實(shí)驗人員認為芬頓試劑氧化性強，反應過(guò)程中可以將污染物徹底地無(wú)害化，而且氧化劑H2O:參加反應后的剩余物可以自行分解掉，不留殘余，同時(shí)也是良好的絮凝劑，效果好。Fenton試劑在處理各種廢水的時(shí)候，其反應條件差別不大，這就方便了Fenton試劑的工業(yè)化應用。

由于芬頓氧化過(guò)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(chǎn)了大量的鐵泥。甚至會(huì )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硫酸亞鐵與雙氧水的投加比例沒(méi)有控制好，或雙氧水投加過(guò)量、反應不徹底導致。出現這種情況后可以通過(guò)投加絮凝劑(聚丙烯酰胺)進(jìn)行強化絮凝沉淀。或者通過(guò)投加石灰粉進(jìn)行PH值調節及助凝對懸浮物進(jìn)行凝聚沉淀。

采用芬頓深度處理工藝的特點(diǎn)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)芬頓存在不少問(wèn)題，主要如下：

1、芬頓處理勞動(dòng)強度大。雙氧水操作難度大，硫酸亞鐵投加必須是固體，且硫酸亞鐵含鐵20%左右，相對于聚鐵的11%含鐵，大大增加了污泥處理強度。

2、芬頓處理的成本高，污泥多。如雙氧水的藥劑成本高也是一方面，并且現在大多數企業(yè)所計算的成本往往還不包括污泥增加(硫酸亞鐵的投加帶來(lái)的大量污泥)，設備折舊，維修費用等。

3、芬頓處理容易返色。(如雙氧水與硫酸亞鐵的投加量與投加比例控制不好，或三價(jià)鐵不沉淀容易導致廢水呈現出微黃色或黃褐色。)

4、比較難控制。因為雙氧水與硫酸亞鐵的最佳比例需要進(jìn)行正交實(shí)驗才可以得出，并且受到反應PH值、反映時(shí)間長(cháng)短、攪拌混合程度的影響，所以比例很難控制。

5、芬頓處理腐蝕性大，連水泥池都被腐蝕掉。雙氧水強氧化性，其氧化性?xún)H次于氟氣(F2)，如果防護不好對人體都有一定程度的腐蝕，硫酸亞鐵也具有一定的腐蝕性。

6、芬頓的處理效果也不是像文獻說(shuō)的那么好。大部份文獻說(shuō)可以把COD處理到0mg/L，實(shí)際上通過(guò)眾多客戶(hù)的驗證很難以處理到50mg/L，根本達不到新的排放標準。

針對污泥含量高的缺點(diǎn)，臺灣工研院陸續開(kāi)發(fā)了改良式低污泥的廢水高級氧化處理技術(shù)，其中之一就是流體化床-Fenton法。

原理：利用0.2~0.5mm硅砂擔體在結晶槽中作為結晶核種，將要處理的廢水及添加藥劑由反應池底部進(jìn)入并向上流動(dòng)。而反應槽外接有一回流水回路，用以調整進(jìn)流水過(guò)飽和度及達到擔體上流速度，使待處理的無(wú)機離子于硅砂擔體表面形成穩態(tài)結晶體，當晶體粒徑達1~2mm后，排出槽外進(jìn)行回收再利用或達到廢棄物減排的目的。

反應機制：H2O2+Fe2+→•OH+Fe(OH)2+→……FeOOH，H2O2+FeOOH→……

技術(shù)特點(diǎn)：同相及異相的催化反應，污泥減少70%。減少H2O2用藥的浪費。

適用廢水COD濃度：50~1000mg/l。

A:現有工廠(chǎng)的廢水處理系統，一般為二沉池后直接排放。因此擬規劃一套流體化床系統直接將現在放流水排至FBR進(jìn)流暫存池，接續后段FBR-Fenton反應。FBR-Fenton系統包含進(jìn)流水調節池，FBR反應槽，脫氣池，中和池，慢混池，快沉池，泡藥系統與加藥系統。經(jīng)FBR-Fenton處理后的水排回原來(lái)排放口排放。

B:Fenton流體化床系統須新設一套FeSO4泡置系統供應系統所須的亞鐵，一套H2O2儲存與加藥系統，一套Ca(OH)2加藥系統。

C:考慮現場(chǎng)用地，為節省空間采用機器式快沉槽作為污泥沉降用。

D:預估各階段水質(zhì)：

項目化學(xué)反應系統出水(即FBR-Fenton進(jìn)水)FBR-Fenton出水:SS(mg/l)<30<30,COD(mg/l)80~110<50.

PCB及電鍍產(chǎn)業(yè)而言廢水因為用水減量的緣故，經(jīng)化學(xué)與生物處理后的排放水，無(wú)法達到COD小于50mg/L的法規標準。需增設高級氧化系統降解COD，使其穩定達到50mg/L以下排放值。采用流體化床(Fenton-FBR)做為高級氧化處理系統。Fenton處理程序是利用雙氧水在酸性系統下，經(jīng)亞鐵離子的催化產(chǎn)生氫氧自由基(OH.)，能有效降解環(huán)類(lèi)、苯基、螯合機等極難分解的化合物。而流體化的目的為降低亞鐵用量與鐵污泥減量。其原理如下：

流體化床-Fenton是利用流體化床的模式使Fenton法所產(chǎn)生的三價(jià)鐵大部份得以結晶或沉淀披覆在流體化床的擔體表面上，是一項結合了同相化學(xué)氧化(Fenton法)、異相化學(xué)氧化(H2O2/FeOOH)、流體化床結晶及FeOH的還原溶解等功能的新技術(shù)。這項技術(shù)將傳統的Fenton氧化法作了大幅度的改良，如此可減少Fenton法大量的化學(xué)污泥產(chǎn)量，同時(shí)在擔體表面形成的鐵氧化物具有異相催化的效果，而流體化床的模式亦促進(jìn)了化學(xué)氧化反應及質(zhì)傳效率，使COD去除率提升。其反應后的出流水經(jīng)pH調整后會(huì )產(chǎn)生含鐵污泥。選用此系統另一優(yōu)勢為可利用雙氧水加藥量調整，調整COD去除量。如此將可有效控制廢水的COD排放濃度。