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            亞潔環保分享-Fenton技術相關方案及案例!

            發布時間:2020-08-24 10:43作者:亞潔環保點擊:

            Fenton氧化法是一種高效且經濟的廢水高級氧化技術,過氧化氫和亞鐵離子反應產生強氧化性的羥基自由基(·OH),氧化降解廢水中污染物。其化學反應機制:H2O2+Fe2+→?OH+OH-+Fe3+→Fe(OH)3↓影響Fenton法氧化反應效果與速率因子:反應物本身的特性,H2O2的劑量,Fe2+的濃度,pH值,反應時間,溫度。Fenton氧化法具有氧化能力強、設備簡單、易于操作、操作成本低等優點,廣泛應用于造紙、印染、制藥等行業工業廢水處理。

            1 加硫酸亞鐵后多久加入雙氧水

            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影響到廢水的處理效果。先通過正交實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,再進芬頓試劑投加順序與污泥沉降處理行pH值調節的順序進行投加。在硫酸亞鐵投加后反應15分鐘左右,再進行雙氧水的投加,反應20~40分鐘后再加入堿回調pH值,處理效果更佳。

            2 污水處理中需要哪些設備

            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芬頓反應原理(添加紫外光源,微波發射器等),不過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。
            反應過程:先調節PH到適合,進入芬頓反應池反應,絮凝,沉淀。

            3 在水處理上的應用

            1 處理氰化物

            氰化物是劇毒性的物質,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,處理過程中,游離的氰化物分兩步被分解。

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

            2 處理酚類

            酚類物質有較高的毒性,對人體有致癌作用,屬于難降解的工業有機廢水。芬頓試劑可用于處理苯酚、甲酚、氯代酚等多種酚類,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,氧化過程中先將苯環分裂為二元酸,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物質外,還可以用芬頓試劑氧化作為生物處理技術的前處理過程,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合處理含有五氯酚的廢水時,集瑞環保實驗人員觀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程中五氯酚的吸收速率顯著提高。

            3 處理染料廢水

            紡織印染廢水的組成非常復雜,多數分子是以苯環為核心的稠環、雜環結構,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題是殘余染料所產生的色度。染料廢水中顏色來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,使之變成無色的有機分子進一步礦化。

            采用芬頓氧化法對染料廢水進行處理具有高效低耗、無二次污染的優勢。集瑞環保實驗人員研究用芬頓試劑降解直接染料,發現染料分解是由2步反應進行的,第一步反應很快,第二步反應較慢,在優化反應條件下,30℃和30 min內,染料97%可被降解,60min后COD可去除70%。 

            4 處理染料中間體或染料助劑廢水

            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,是目前較難處理的工業廢水之一。用芬頓試劑處理此類廢水的集瑞環保實驗人員研究也在陸續開展,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。

            5 處理農藥(草甘膦)廢水

            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。近來針對這點,出現了一些用Fenton法進行處理的研究。

            實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質量濃度為200m g/I,H202質量濃度為200mg/L,Fe 2+質量濃度為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。

            6 處理焦化廢水

            煉焦廢水含有數十種無機和有機化合物,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廢水。

            芬頓氧化/混凝協同處理焦化廢水經生物處理后的出水,經此處理后,出水可達國家二級排放標準。如后續再經生物處理,最后出水將可穩定地達到國家一級排放標準。研究試驗中,還通過分析相對分子質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組成及其在芬頓氧化/混凝協同處理后的污染物變化規律。

            7 處理垃圾滲濾液

            城市垃圾滲濾液是一種組成成分復雜的污水,將會污染地下水,對城市環境構成嚴重威脅。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處理。不同的填埋場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,集瑞環保實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考察。

            垃圾滲透液中的應用,進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生器中進行,當試劑加入量適當時,COD的去除率可達67.5%,從而提高了可生化性,有利于進一步的處理。

            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,一是反應啟動快,反應在酸性的環境中,常溫常壓,條件溫和;二是不需要設計復雜的反應系統,設備簡單、能耗小。

            實驗人員認為芬頓試劑氧化性強,反應過程中可以將污染物徹底地無害化,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,同時也是良好的絮凝劑,效果好。Fenton試劑在處理各種廢水的時候,其反應條件差別不大,這就方便了Fenton試劑的工業化應用。

            4 芬頓氧化后污泥沉降如何處理

            由于芬頓氧化過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,產了大量的鐵泥。甚至會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有控制好,或雙氧水投加過量、反應不徹底導致。出現這種情況后可以通過投加絮凝劑(聚丙烯酰胺)進行強化絮凝沉淀?;蛘咄ㄟ^投加石灰粉進行PH值調節及助凝對懸浮物進行凝聚沉淀。

            5 芬頓處理缺點及問題

            采用芬頓深度處理工藝的特點是需要有條件,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)芬頓存在不少問題,主要如下:

            1、芬頓處理勞動強度大。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行正交實驗才可以得出,并且受到反應PH值、反映時間長短、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,其氧化性僅次于氟氣(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的那么好。大部份文獻說可以把COD處理到0mg/L,實際上通過眾多客戶的驗證很難以處理到50mg/L,根本達不到新的排放標準。

            6 改良:流體化床-Fenton法

            針對污泥含量高的缺點,臺灣工研院陸續開發了改良式低污泥的廢水高級氧化處理技術,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入并向上流動。而反應槽外接有一回流水回路,用以調整進流水過飽和度及達到擔體上流速度,使待處理的無機離子于硅砂擔體表面形成穩態結晶體,當晶體粒徑達1~2mm后,排出槽外進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→……
            技術特點: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。

            深度處理規劃構想
            A:現有工廠的廢水處理系統,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進流暫
            存池,接續后段FBR-Fenton反應。FBR-Fenton系統包含進流水調節池,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FBR-Fenton處理后的水排回原來排放口排放。

            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:
            項目化學反應系統出水(即FBR-Fenton進水)FBR-Fenton出水:SS(mg/l)<30<30,COD(mg/l)80~110<50.
            單元說明與設備規范
            PCB及電鍍產業而言廢水因為用水減量的緣故,經化學與生物處理后的排放水,無法達到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,經亞鐵離子的催化產生氫氧自由基(OH.),能有效降解環類、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法所產生的三價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氧化(Fenton法)、異相化學氧化(H2O2/FeOOH)、流體化床結晶及FeOH的還原溶解等功能的新技術。這項技術將傳統的Fenton氧化法作了大幅度的改良,如此可減少Fenton法大量的化學污泥產量,同時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了化學氧化反應及質傳效率,使COD去除率提升。其反應后的出流水經pH調整后會產生含鐵污泥。選用此系統另一優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。



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