污水处理技术工艺

催化氧化反应在高浓度废水处理中的应用

发布日期:2019-03-26 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

1高级氧化技术

高级氧化技术(AdvancedOxidationProcess,简称高级氧化工艺)是指通过产生大量的OH自由基,利用高活性自由基对大分子有机物进行攻击和反应,从而破坏油剂的分子结构,达到氧化和去除有机物的目的。实现了高效氧化处理。

Fenton法处理含羟基有机物废水具有明显的选择性。羟基数、羟基位置、主链长度和主链饱和度对Fenton工艺的处理效果有不同的影响。实验结果表明,一元化酚羟基对Fenton反应有催化作用,单羟基对Fenton反应有很强的抑制作用,当碳原子数相同,羟基数不同时,羟基数对Fenton反应的影响逐渐减小;饱和一元醇主链碳原子数越多,对Fenton反应的抑制作用越明显;不饱和对Fenton反应的影响也不同,脂肪族不饱和羟基化合物的Fenton法处理效果差,链长和醇羟基数不同,对Fenton反应的抑制作用随主链数和羟基数的增加而减小。具有良好的氧化降解效果。不同体系中羟基自由基的生成可以直接确定底物对Fenton试剂的抑制效果和抑制程度。脉冲加热对Fenton试剂在室温下的氧化有促进作用,加热频率越高,作用越明显。

2芬顿试剂机理研究

当Fenton发现Fenton试剂时,人们并不清楚过氧化氢与二价铁离子的反应产生了什么样的氧化剂。20多年后,由于H_2O:在Fe~(3+)(Fe~(2+)的催化作用下,能有效地分解生成自由基(OH),OH具有很强的氧化能力和较高的电负性或电子亲和性(电子亲和势569.3KJ可氧化和降解水体中的有机污染物),故推测该反应可能产生了经向自由基自由基(H_2O),这是由于H_2O:在Fe~(3+)(Fe~(2+)的催化作用下,能有效地分解生成自由基(OH)。最后,它被矿化成小分子物质,如CO_2、H_20和无机盐。结果表明,在pH=4的溶液中,-OH的氧化电位高达2.73V,其氧化能力仅次于氢氟酸。因此,一般试剂很难氧化持久性有机化合物,特别是芳香族化合物和一些杂环化合物,而这些化合物大多可以被Fenton试剂选择性地氧化和降解。

2.1 Fenton试剂产生强氧化能力的反应机理研究

关于芬顿试剂的反应机理,一项研究认为,在一般的芬顿反应体系中,存在着Fe2+、Fe3+、h202、•哦、ho2•和02-等无机物质之间的反应。对这部分反应机理的研究主要通过化学诱捕剂和先进的分析仪器进行。研究的重点是以9l自由基或烷基自由基为主的氧化产物,或以铁为中心的高价格产物。瞬时氧化种。近年来,研究人员发现vimos可以作为自由基捕获102•自由基的捕捉剂。同时,自由基的竞争性反应不影响捕获ho2•自由基。基于这一发现,研究人员提出了产生高能自由基和氧化剂的机理,这也是芬顿反应的成熟机理。然而,到目前为止,反应中铁的氧化形式仍然存在很多问题。针对这一现象,一些学者提出了许多中间过程,这些过程以几种方式总结:当ph值在2.5和4.5之间时,fe2+的低浓度主要以fe(oh)(h 20)52+的形式存在。这个反应发生在h2o2在fe2+的第一个配位体上发生配位交换时,随后在本体中发生两个电子的转移反应,形成f4+配合物。fe(oh)3(h 2o)4+中间体继续反应并产生•哦,fe(oh)(h 2o)52+继续与h2o2反应:使得fe2+循环。

Fenton试剂在有机化合物中的反应机理研究

近年来,对Fenton试剂与有机化合物及其中间产物的反应进行了研究。研究了Fenton试剂对不同有机物的动力学,并建立了不同的动力学模型。本研究指导了分离子试剂的工业应用。

研究了Fenton试剂氧化氯酚的反应特性,主要研究了pH,H2O2和Fe2 +对反应的影响。研究发现,如果酸度过强,溶液中的H +浓度过高,过氧化氢在H3o2 +中稳定存在,有机物在强酸性环境中不易分解,Fe3 +不能平稳地还原成Fe2 +,催化反应受阻。实验表明,反应受游离Fe2 +浓度的影响,Fe2 +是产生OH的关键因素。 Fenton试剂分解的一些小分子有机物质会加速分解,而另一部分则与Fe2 +形成稳定的化合物,难以进一步降解。只要存在H,有机物的降解反应将继续。根据实验结果,在pH = 2-4时,有机物质的降解速率仅在几分钟内发生。该降解速率是相对于氯酚浓度的一级反应,其反应速率常数与Fe 2+和过氧化氢的初始浓度成正比。实验发现反应受中间体有机产物的影响很大,因此动力学研究应考虑中间产物的影响。李玉明等。研究了间硝基苯胺的动力学,考察了H2O2浓度,Fe2 +浓度,pH值和温度随时间的变化。本研究采用线性回归方法定量分析硝基苯胺残留浓度与不同氧化降解时间后反应时间的相关性。发现间硝基苯胺的氧化降解符合一级动力学模式。表观速率常数和反应的活化能。利用紫外光谱研究其机理,催化氧化间硝基苯胺的主要中间体应为戊二酸。由于自由基和间硝基苯胺的反应速率常数大于有机酸10的反应速率常数,根据化学动力学理论,在Fenton试剂催化降解反应中,当Fenton试剂的剂量不足时当硝基苯胺被氧化时,可以通过优先的氧化降解除去间硝基苯胺,并且降解反应终止于产酸相。因此,在实际的耐火工业废水处理中,Fenton试剂氧化法可以根据需要用作耐火废水如间硝基苯胺的预处理方法,为后续的生化处理提供良好的反应条件。然而,当大量加入Fenton试剂时,中间产物的有机酸可进一步降解形成小分子化合物,直至其降解成二氧化碳和水。可以研究Fenton试剂与有机物反应的动力学,了解Fenton试剂中有机物反应的进展,找出合适的反应停留时间和反应的阶段数和速率常数,从而进行设计。用于大规模工业有机废水处理的反应器。提供坚实的理论基础。

高浓度废水处理中催化氧化(Fenton氧化)反应的研究

芬顿试剂具有较强的氧化性,其氧化性不具选择性,可适应各种废水的处理。

3.1 处理氰化物

氰化物是一种剧毒物质,在废水排放中应严格控制氰化物的含量。

Fenton试剂可以有效地处理氰化物,在此过程中,游离氰化物分两步分解。

俄罗斯学者研究了使用Fenton试剂处理含氰化物和硫氰化物的废水(质量浓度为1000mg / L),前者氧化率为99.8%,后者氧化率为84.0%。

3.2 处理酚类

酚类物质对人体有很高的毒性和致癌作用。属于难降解工业有机废水。芬顿试剂可用于苯酚、甲酚、氯酚等酚类的处理,效果良好。在室温、ph=3-6和FeS04催化剂存在下,H202能迅速破坏酚类化合物的结构。在氧化过程中,苯环首先被分解成二元酸,最后形成二氧化碳和氢气。

研究了芬顿试剂氧化对氨基酚(pap)的处理。在选定的条件下,废渣去除率为96<垃圾>-98<垃圾>,废水的颜色显著降低,降低了废水的生物毒性,提高了废水的生物降解性能。除直接降解氯酚外,芬顿试剂氧化还可作为生物处理技术的预处理过程,降低废水的毒性,提高其生化性能。在用芬顿试剂和生物方法对含有五氯苯酚的废水进行联合处理时,环境实验人员"集瑞"观察到,在随后的生物处理过程中,五氯苯酚的吸收率显著提高,而仅在h202过程中。

3.3 处理染料废水

纺织印染废水的组成非常复杂。大多数分子是以苯环为核心的稠环和杂环结构。它是一种高度稳定的致癌废水。它很难降解,并且含有大量的残余染料和助剂。目前,染料废水的主要问题是残留染料产生的色度。染料废水中的颜色来源于染料分子的共轭体系。在酸性条件下,Fenton试剂生成的HO可以被氧化,破坏这种共轭结构,使其成为无色的有机分子,以供进一步矿化。Fenton氧化法处理染料废水具有高效、低消耗、无二次污染等优点。集瑞环保试验人员研究了Fenton试剂对直接染料的降解作用。发现染料的分解是通过两步反应进行的。第一步很快,第二步很慢。在最佳反应条件下,60min后染料的降解率可达97%,化学需氧量的去除率可达70%。在此条件下,染料的降解率可达97%,℃去除率可达70%。

3.4染料中间体或染料助剂废水的处理

染料中间体废水中常含有大量各种肼,萘和苯的取代衍生物,具有COD高,色度高的特点,是目前难以处理的工业废水之一。 集瑞环境实验室对Fenton试剂处理废水的研究也相继进行,取得了良好的效果。

用芬顿试剂处理了B-萘磺酸钠。用FeCl3混凝,然后用Fenton试剂氧化。在适宜的条件下,废水COD和色度的去除率分别达到99.6%和95.3%,处理后的废水达到排放标准。

3.5农药(草甘膦)废水的处理

农药废水是一种难处理的有机化工废水,具有COD高、毒性大、难生物降解等特点。近年来,针对这一点,人们对Fenton法进行了一些研究。

集瑞环保试验职员研讨用芬顿法与光芬顿法降解2,4-二氯苯氧乙烯(2,4-D),索求了反映前提对降解效果的影响。当2,4-D质量浓度为200 mg/I,H 202质量浓度为200 mg/L,Fe2质量浓度为40200 mg/L,pH值为3.5时,农药降解率可达85%,TOC去除率可达80%以上。

3.6 处理焦化废水

焦化废水含有数十种无机和有机化合物,包括氨氮,硫氰化物,硫化物,氰化物,苯酚,苯胺,苯并芘等。其中一些具有高度致癌性,属于高污染,难以处理的工业废水。

采用芬顿法处理焦化废水。讨论了影响COD去除率的因素,确定了适宜的操作条件。在此条件下,焦化废水COD去除率达到88.9%。如果分三批加入H202(总量不变),COD去除率可提高到92%。

实验小组研究了用芬顿氧化/凝结法对焦化废水进行生物处理的方法。结果表明,经处理后的废水可达到国家二级排放标准。如果进一步进行生物处理,最终排放量将稳定到足以达到国家排放标准。在研究实验中,还分析了有机物质小分子的相对分子质量分布和组成,揭示了焦化废水生物处理后产生的水的物质组成和芬顿氧化/凝结共处理后污染物的变化。

3.7 处理垃圾渗滤液

城市生活垃圾渗滤液是一种成分复杂的污水,会污染地下水,对城市环境造成严重威胁。由于它含有多种有毒、有害的难降解有机物,用传统的生化方法处理是不容易的。不同填埋场渗滤液的组成和浓度不同。因此,对垃圾渗滤液的处理效率,集瑞环保实验室的研究主要是从降低COD和去除混合物中有机物的相对分子质量进行研究。

对芬顿法垃圾渗滤液进行了中试处理。反应在连续搅拌发生器中进行。在适当添加药剂的情况下,COD去除率可达67.5%,从而提高了生物降解性。倾向于进一步治疗。

通过以上对各种废水的研究,我们可以了解Fenton试剂处理废水的特点。首先,反应开始很快,反应在酸性环境,常温常压下,条件温和。其次,不需要设计复杂的反应系统,设备简单。能耗低。 集瑞环保实验人员认为,Fenton试剂具有高度氧化性,反应过程中污染物完全无害,氧化剂H2O:参与反应后的残留物可自行分解而不留残渣,是也不错。絮凝剂,效果很好。

用芬顿试剂处理各种废水时,反应条件不同,有利于芬顿试剂的工业应用。

4结论

催化氧化芬顿反应是当今最重要的反应之一。催化氧化芬顿反应具有良好的降解效率,在有毒有机污染物的处理中有着广泛的应用,无论是在实验室研究中还是在实际工业应用中。每个人都有好的结果。目前,我国大型化学园区推广循环经济模式,采用单一污水处理厂处理区内所有有毒废水,以期达到废水回用的目的。然而,依靠单一的生化处理模式来处理这些复杂的废水并不能取得良好的效果。芬顿反应作为一种非常有效的废水预处理方法,不仅能提高污水处理中段废水处理的生化性能。此外,可在加工系统的末端进行深度处理,并利用其他处理技术,达到回收利用的目的。

催化氧化反应在高浓度废水处理中的应用

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