微电解—FENTON工艺.doc

微电解-Fenton工艺一、 微电解技术微电解技术，又称为内电解、铁还原、铁碳法、零价铁法等技术，是广泛研究与应用的一项废水处理技术。微电解的电解材料一般选用两种及以上电位相差较大的颗粒物，在无外加电场情况下，阴、阳极之间因电位差形成微电池效应而对污染物产生物理化学作用。微电解处理重金属废水是电化学絮凝吸附、电极反应、置换反应、中和及共沉淀等综合作用的结果。1、 作用机理1) 电极反应阴极(Fe)：Fe-2e-Fe2+阳极(C)：O2+4H+4e-+2H2O（酸性充氧条件下）2) 置换反应主要利用金属的电极电位，用高电位的金属置换低电位金属。铁炭微电解就是利用铁屑去除废水中电位低于铁离子的污染物的过程。3) 配位络合反应在微电解反应过程中酸性废水的pH值不断上升，达到 5 左右，这时溶解的Fe 3+ 发生一系列反应而形成络离子，从而除去部分污染物。4) 物理-化学吸附铁炭微电解在处理含重金属酸性废水时，铁炭颗粒物表面具有活性，能吸附污染物，过程中产生的沉淀物也有吸附水中游离污染物的作用。5) 共沉淀在微电解反应过程中Fe 3+除了形成络离子外，还会生成Fe(OH)3沉淀，因此，水中砷离子等与Fe 3+通过共沉淀去除。2、 影响因素1) 进水pH的影响进水pH越低，电极反应进行得越陕，越有利于微电解各种作用的实现。但pH越低，铁耗量将加大，水中溶解铁含量增高、出水色度偏大；若原水需加酸调整pH时，要求过低的pH实际上会增大加酸量、增加运行成本。2) 停留时间的影响为使氧化还原等作用进行得完全，微电解反应需要一定的停留时间以提高污染物去除率。但停留时间过长，出水中含铁量增加、色度偏高。事实上，不同废水所需的停留时间差异较大，短则10-15 min，长则达7-8 h，因此，最佳停留时间应通过试验确定。3) 曝气的影响曝气可提高微电解的COD去除率。4) 铁碳比和铁屑粒径的影响铁屑中外加碳粒，既可加剧电化学反应、提高处理效果，还能维持填料层一定的空隙率、防止铁屑结、保持良好的水力条件、延长填料的再生周期；铁碳体积比一般为(2-1)：1，铁屑粒径一般为1-2mm。，另外还需考虑填料高度、粒径级配等问题。铁屑粒度越小，单位重量所含的铁屑颗粒越多，使电极反应的絮凝过程增加，除油效果越好；但粒度太小，单位时间的处理水量太少，故粒度以60-80目为佳。5) 温度的影响微电解反应通常在进水水温下进行，不做温度的调整；水温的提高会改善某些废水的微电解处理效果。6) 进水浓度的影响污染物种类多、成分复杂，不同废水的进水浓度与处理效果之间的关系差异很大，有的废水低浓度时处理效果好，有的则相反。实际工作中，应通过试验确定合适的进水浓度以保证微电解的处理效果。二、 Fenton技术1894年首次研究表明，H2O2 在Fe2+ 离子的催化作用下具有氧化多种有机物的能力。过氧化氢与亚铁离子的结合即为Fenton试剂，其中Fe2+ 离子主要是作为同质催化剂，而H2O2 则起氧化作用。Fenton试剂具有极强的氧化能力，特别适用于某些难生物降解的或对生物有毒性的工业废水的处理上。可分为普通Fenton法、光Fenton法、电Fenton法、US-Fenton法。1、 氧化机理Fenton试剂反应过程如下：Fe + H2O2 Fe2+ + OH- +OH (1)Fe2+ + OH Fe3+ + OH- (2)其中，产生OH的反应步骤(1)控制了整个反应的速度，OH通过反应方程(2) 与有机物反应而逐渐被消耗。从上两式可以看出，1摩尔的H2O2与1摩尔的Fe2+反应后生成1摩尔的Fe3+，同时伴随生成1摩尔的OH-外加1摩尔的OH。正是OH的存在，使得Fenton试剂具有强的氧化能力。2、 影响因数1) pH值的影响因为Fe2+在溶液中的存在形式受制于溶液的pH值，所以Fenton试剂只在酸性条件下发生作用，在中性和碱性环境中，Fe2+不能催化H2O2产生OH。研究者普遍认为，当pH值在24范围内时，氧化废水处理效果较好，最佳效果出现在pH=3时。2) 试剂配比在Fenton反应中，Fe2+起到催化剂的作用，是催化H2O2产生自由基的必要条件。在无Fe2+条件下，H2O2难于分解产生自由基。当Fe2+浓度很低时，反应(1)速度很慢，自由基的产生量小，产生速度慢，整个过程受到限制。当Fe2+浓度过高时，会将H2O2还原且被氧化成Fe3+，造成色度增加。3) 反应温度根据反应动力学原理，随着温度的增加，反应速度加快。但对于Fenton 试剂这样的复杂反映体系，温度升高，不仅加速正反应的进行，也加速副反应。因此，温度对Fenton试剂处理废水的影响复杂。适当的温度可以激活OH自由基，温度过高会使H2O2分解成H2O和O2。4) H2O2投加量及Fe2+/H2O2配比Fenton试剂在不同的Fe2+/H2O2比值下具有不同的处理功能，FeSO4大于H2O2时，Fenton试剂具有化学絮凝作用；当后者大于前者时，Fenton试剂具有化学氧化功能。药剂的投加量必须以实际实验结果为基础，结合运行中的实际情况，以最少的药剂投加量达到最好的处理效果。5) 催化剂种类能催化过氧化氢分解生成OH的催化剂很多，如Fe2+（Fe3+、铁粉、铁屑）、Fe2+/TiO2、Cu2+、Mn2+、Ag+活性炭等均有一定的催化能力，不同催化剂存在下H2O2对难降解有机物的氧化效果不同，不同催化剂同时使用时能产生良好的协同催化作用。当前用的最多的为Fe2+。三、 微电解-Fenton工艺Fenton法的核心是Fe2+和H2O2，Fenton反应