難降解工業(yè)廢水處理Fenton氧化技術(shù)

　　Fenton氧化技術(shù)是高級(jí)氧化技術(shù)中的一種，同樣是以產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的羥基自由基(OH?)為目的，利用羥基自由基(OH?)對(duì)反應(yīng)底物選擇性低、反應(yīng)時(shí)間迅速、對(duì)有機(jī)物能夠徹底礦化的特點(diǎn)去除難降解有機(jī)物。

　　1、Fenton氧化技術(shù)分類

　　根據(jù)氧化過(guò)程中產(chǎn)生羥基自由基(OH?)方式的不同，可以將Fenton氧化技術(shù)分為三類。

　　1.1 Fenton試劑反應(yīng)

　　Fenton試劑及H2O2/Fe2+，其中Fe2+為產(chǎn)生羥基自由基(OH?)的催化劑，具體反應(yīng)如式(1)所示。

　　該反應(yīng)一般在酸性條件下進(jìn)行，出水的pH值較低，需要回調(diào)pH值后才能排放，該法的一個(gè)缺點(diǎn)是在回調(diào)pH過(guò)程中容易產(chǎn)生大量鐵泥。

　　1.2 光Fenton法

　　為了提高羥基自由基(OH?)的產(chǎn)率引入光催化，常見(jiàn)的光催化為UV(紫外線)、可見(jiàn)光等。

　　1.3 電Fenton法

　　電Fenton法的本質(zhì)是利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+和H2O2作為Fenton試劑原料的來(lái)源。

　　2、氧化技術(shù)在難降解工業(yè)廢水中的應(yīng)用

　　2.1 焦化廢水

　　焦化廢水一般排放量較大，污染物成分復(fù)雜多變，含有酚類化合物、氰化物、多環(huán)芳香烴化合物等常規(guī)處理工藝難以降解的有機(jī)物。采用生化法處理時(shí)，由于焦化廢水中含有有毒物質(zhì)較多，常常會(huì)對(duì)生化池中的微生物造成威脅，因此出水水質(zhì)很難達(dá)標(biāo)，若將其排放到水環(huán)境中會(huì)對(duì)水生物造成毀滅性危害。

　　難降解廢水經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的Fenton法處理后，人們需要對(duì)其pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，之后才能排放。其間會(huì)產(chǎn)生大量的含鐵污泥，造成資源浪費(fèi)，也大大提高了廢水處理成本。磁納米Fenton法是對(duì)傳統(tǒng)Fenton法的改進(jìn)，用磁納米Fe3O4作為二價(jià)鐵離子的供體。針對(duì)傳統(tǒng)方法處理焦化廢水出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，楊樂(lè)等采用改進(jìn)后的磁納米Fenton法與傳統(tǒng)的Fenton法處理遼寧省本溪市某鋼鐵廠生化池的廢水，并分析對(duì)比了兩種方法去除效果及適用性。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，采用磁納米Fenton法時(shí)，磁納米投加量為0.5g/L，30%的雙氧水投量為1.0mL/L，對(duì)廢水經(jīng)過(guò)2h處理后，最優(yōu)pH值在2.5時(shí)對(duì)焦化廢水的COD(化學(xué)需氧量)、揮發(fā)性酚類有機(jī)物的去除效率達(dá)到最大，分別為80%、99%。同時(shí)，楊樂(lè)等考察了在最優(yōu)pH條件下，不同雙氧水投加量對(duì)COD和揮發(fā)性酚類有機(jī)物去除效果的影響。隨著雙氧水投加量的增加，揮發(fā)性酚類有機(jī)物的去除效率逐漸增大并趨于穩(wěn)定，當(dāng)雙氧水的投加量在1.0mL/L以上時(shí)，其去除率高達(dá)99%，而COD的去除率隨雙氧水投加量的增加會(huì)出現(xiàn)一個(gè)極值。不同磁納米催化劑的投加量對(duì)COD和揮發(fā)性酚類有機(jī)物的去除效果具有相似的規(guī)律性，隨著催化劑的增加，去除效率逐漸趨于穩(wěn)定。與傳統(tǒng)Fenton法相比，磁納米Fenton法具有投藥量少、產(chǎn)生剩余污泥量小、資源可回收的優(yōu)點(diǎn)，顯示出了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2.2 酒精廢水

　　酒精廢水經(jīng)過(guò)常規(guī)的厭氧好氧處理后，COD出水仍然高達(dá)6000mg/L，難以達(dá)到尾水處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。周小波等采用Fenton氧化法對(duì)某酒精廠生化處理后的廢水進(jìn)行處理。研究結(jié)果表明，pH值越低，COD的去除率越高，當(dāng)pH值小于3.5時(shí)，出水COD值小于550mg/L，COD去除率超過(guò)30%。Fenton試劑的投加量對(duì)廢水的pH值有一定影響，雙氧水的投加量固定為600mg/L時(shí)，pH值隨著硫酸亞鐵鹽投加量的增加而減小，當(dāng)固定硫酸亞鐵鹽的投加量為350mg/L時(shí)，雙氧水的投加量與廢水pH值的變化沒(méi)有影響。當(dāng)硫酸亞鐵鹽的投加量為450mg/L時(shí)，雙氧水的投加量為300mg/L時(shí)，出水的COD可降至250mg/L。出水色譜質(zhì)譜分析結(jié)果表明，傳統(tǒng)的厭氧好氧生物處理后的酒精廢水以脂肪烴和醇類等大分子有機(jī)物為主，所占總化合物質(zhì)量百分比為45%、29%。而Fenton氧化出水后的有機(jī)物以醇類、醛類等小分子有機(jī)物為主，所占總化合物質(zhì)量百分比為70%、11%。因此，F(xiàn)enton氧化技術(shù)在處理酒精廢水時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　2.3 印染廢水

　　染料廢水的成分日趨復(fù)雜。印染行業(yè)每天都排放大量的廢水，全國(guó)印染廢水排放量高達(dá)30～40萬(wàn)t/d。印染廢水具有高色度、高有機(jī)物、pH變化大、生化需氧量(BOD)高、固體懸浮物(SS)含量大等特點(diǎn)，如表1所示，它屬于難降解工業(yè)廢水，常規(guī)的物理吸附法、化學(xué)、混凝、電解等以及生物處理法很難對(duì)其處理達(dá)標(biāo)。

　　傳統(tǒng)的Fenton氧化技術(shù)所產(chǎn)生的羥基自由基效率較低，為了提高羥基自由基的產(chǎn)率以及廢水中難降解物質(zhì)的去除效果，該技術(shù)常與其他技術(shù)進(jìn)行耦合使用。王玉番等采用超聲、紫外技術(shù)與傳統(tǒng)的Fenton氧化技術(shù)進(jìn)行耦合，用US/UV-Fenton技術(shù)對(duì)模擬印染廢水與實(shí)際印染廢水進(jìn)行處理。亞甲基藍(lán)模擬印染廢水去除試驗(yàn)結(jié)果表明，在色度去除以及COD去除方面，US/UV-Fenton技術(shù)的去除效率均高于傳統(tǒng)的Fenton技術(shù)，US/UV-Fenton技術(shù)對(duì)色度以及COD的去除率分別為92%、75%，而傳統(tǒng)的Fenton技術(shù)對(duì)色度以及COD的去除率分別為80%、60%;US/UV-Fenton技術(shù)在pH值為3時(shí)對(duì)色度和COD的去除效果最好，對(duì)色度以及COD的去除率分別為98%、83%，而傳統(tǒng)的Fenton技術(shù)在不同的pH值去除效率均低于US/UV-Fenton技術(shù)。實(shí)際生產(chǎn)中，US/UVFenton技術(shù)可以作為預(yù)處理工藝與深度處理工藝。在印染廢水預(yù)處理工藝中，最優(yōu)反應(yīng)條件下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)COD、TOC(總有機(jī)碳)的去除，去除率分別高達(dá)87%、71%，廢水的可生化性在一定程度上得到提高，從原廢水的0.315提高至0.497，為后續(xù)的生物單元提供了可生化性條件。作為印染廢水的深度處理工藝時(shí)，最優(yōu)工藝參數(shù)條件下，其對(duì)COD、TOC的去除率可達(dá)74%、65%。

　　2.4 制藥廢水

　　運(yùn)用傳統(tǒng)的生物法處理制藥廢水時(shí)，微生物很難存活。由于Fenton氧化技術(shù)對(duì)反應(yīng)底物沒(méi)有選擇性、反應(yīng)速率迅速，因此Fenton氧化技術(shù)是處理制藥廢水的一種有效方法。

　　土霉素是一種常見(jiàn)的藥劑，其生產(chǎn)廢水中含有發(fā)酵絲菌、蛋白質(zhì)、抗生素等污染成分。針對(duì)土霉素醫(yī)藥廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，翁宏定設(shè)計(jì)了一個(gè)有機(jī)玻璃Fenton反應(yīng)器，用于處理某土霉素制藥廠生產(chǎn)廢水，并研究了雙氧水投加量、反應(yīng)時(shí)間、二價(jià)鐵離子與出水處理效果的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，COD的去除效率隨雙氧水投加量的增加先升高后降低，當(dāng)雙氧水的投加量為3.5mg/L時(shí)，COD的去除效率為88%，可生化性指標(biāo)B/C的變化趨勢(shì)與COD的去除效率變化趨勢(shì)一致，最佳的雙氧水投加量為3.5mg/L;COD去除效率與可生化性指標(biāo)B/C的變化與反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，都隨著反應(yīng)時(shí)間的增加先升高后趨于穩(wěn)定，都在反應(yīng)時(shí)間為2h時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，COD去除效率與可生化性指標(biāo)B/C分別為88%、0.45;COD的去除效率隨二價(jià)鐵離子的增加而增大，當(dāng)二價(jià)鐵離子的投加量大于40mg/L時(shí)，COD的去除效率在80%以上。

　　2.5 農(nóng)藥廢水

　　有機(jī)氯農(nóng)藥廢水中含有大量的芳香族化合物，該類化合物極易溶于水，具有很高的穩(wěn)定性，B/C<0.3，可生化性較低。目前，處理該類廢水仍采用物化法與生物法，但是生物處理系統(tǒng)的效率非常低，出水水質(zhì)較差。

　　楊新萍等用Fenton氧化法處理江蘇某農(nóng)藥廠排放的有機(jī)氯廢水，研究了水樣pH值、H2O2投加量、Fe2+投加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及Fenton試劑投加方式對(duì)處理效率的影響，并討論了Fenton氧化法對(duì)廢水可生化性的影響。試驗(yàn)確定了處理有機(jī)氯農(nóng)藥廢水的最佳工況：pH=2.0、反應(yīng)時(shí)間T=90min、H2O2/Fe2+=80、廢水的溫度為25℃時(shí)，COD和色度的去除效率最高，分別為48%、85%。

　　3、結(jié)論

　　Fenton氧化技術(shù)是一種處理難降解工業(yè)廢水的有效方法，在實(shí)際工程案例中也顯出了巨大的優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)際運(yùn)行推廣中仍存在以下問(wèn)題。一是對(duì)設(shè)備要求高。由于Fenton氧化技術(shù)反應(yīng)條件極為苛刻，通常條件下在酸性環(huán)境中進(jìn)行，因此其對(duì)設(shè)備的耐酸性要求很高。二是運(yùn)行成本高。反應(yīng)條件復(fù)雜，直接導(dǎo)致出水成本的增加。三是易造成二次污染。Fenton氧化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的Fe3+離子，使出水的色度升高。Fenton氧化技術(shù)在今后的難降解工業(yè)廢水處理領(lǐng)域仍具有很大的市場(chǎng)空間，人們應(yīng)開(kāi)發(fā)廉價(jià)的催化劑，研發(fā)高性能設(shè)備，使其得到廣泛推廣和應(yīng)用。(來(lái)源：德州明遠(yuǎn)環(huán)保技術(shù)咨詢有限公司)