电芬顿技术研究进展-PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电芬顿技术研究进展,1,1.,芬顿试剂简介,1893,年，化学家,Fenton H J,发现，过氧化氢,(H,2,O,2,),与二价铁离子,Fe,2+,的混合溶液具有强氧化性，能氧化多种有机物，后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为,Fenton,试剂，它能有效的氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物2,芬顿试剂反应机理,芬顿试剂能有效氧化去除难降解有机物,其实质是,H,2,O,2,在,Fe,2+,的催化作用下生成羟基自由基,(OH),羟基自由基,OH,具有强氧化性和很强的亲电加成性能,可将大多数有机物氧化分解成小分子物质芬顿试剂具有很强的氧化能力在于其中含有,Fe,2+,和,H,2,O,2,其主要反应机理为：,Fe,2+,+H,2,O,2,Fe,3+,+OH+OH,-,3,Fenton,法类型,传统,Fenton,法,类,Fenton,法,电,-Fenton,法,光,-Fenton,法,US-Fenton,法,微波,-Fenton,法,电,-,类,Fenton,法,4,光,-,芬顿法,在紫外光条件下，,H,2,0,2,会分解，反应式为：,H,2,0,2,+,hv,2HO,该反应的发生，降低了,Fe,2+,的用量，减少了,Fe,2+,的二次污染，同时也保持了,H,2,0,2,较高的利用率。

同时紫外光和,Fe,2+,对,H,2,O,2,的催化分解存在协同效应，即紫外光和,Fe,2+,共存时,H,2,0,2,的分解速率远大于,Fe,2+,或紫外光时,H,2,O,2,分解速率的简单加和5,微波,-,芬顿法,微波是一种电磁波，其波长在,1mm,一,1m,之间微波辐射液体能使其中的极性分子产生高速旋转而产生热量，同时改变体系热力学函数，降低活化能和分子的化学键强度目前，微波消除污染物的研究正处于试验阶段，国内外报道较少，微波辐射下,Fenton,试剂氧化催化法是降解水中有机污染物的一种有效方法，与,Fenton,试剂法相比，能够显著缩短反应时间，提高降解产率，具有较大的工业应用潜力6,2.,电芬顿法,电芬顿法是利用电化学法产生的,Fe,2+,和,H,2,O,2,作为芬顿试剂的持续来源，两者产生后立即作用而生成具有高度活性的羟基自由基，使有机物得到降解优点：,不需或只需加入少量化学药剂不会产生二次污染电解过程控制的参数只有电流和电压，易于实现自动控制Fe,2+,和,H,2,O,2,以相当的速率持续产生，起初有机物的降解速率较慢，但能保证长时间持续有效地降解，污泥量少，后处理简单7,电芬顿法的分类及基本原理,电芬顿,H,2,O,2,法,H,2,O,2,由,O,2,在阴极还原产生，,Fe,2+,由外界加入。

在电解池的阴极,(,氧扩散阴极,),上曝氧气或空气,O,2,在阴极上产生还原反应,(,酸性条件下,),生成,H,2,O,2,，,H,2,O,2,与加入的,Fe,2+,发生芬顿反应生成,OH,，同时得到被氧化的,Fe,3+,，,Fe,3,+,在阴极上被还原为,Fe,2+,，,Fe,2+,又与阴极上生成的,H,2,O,2,发生芬顿反应，形成一个循环另外还有部分有机物直接在阳极上被氧化为一些中间产物,(,CO,2,和,H,2,O,),该法不用加,H,2,O,2,，有机物降解很彻底，不易产生中间毒害物但由于目前所用的阴极材料是石墨、炭棒或活性炭纤维，这些材料在酸性溶液中电流效率低，,H,2,O,2,产量不高8,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,9,(2),电芬顿,-,铁氧化法,Fe,2+,由,Fe,在阳极氧化产生，,H,2,O,2,由外界加入电解槽通电时，铁阳极失去两个电子被氧化成,Fe,2+,，,Fe,2+,与加入的,H,2,0,2,发生芬顿反应生成,OH,在该体系中导致有机物降解的因素除,OH,外，还有,Fe(OH),2,、,Fe(OH),3,的絮凝作用，即阳极氧化产生的活性,Fe,2+,、,Fe,3+,可水解成对有机物有强络合吸附作用的,Fe(0H),2,、,Fe(0H),3,。

该法对有机物的去除效果高于电芬顿,-H,2,0,2,法，但需加,H,2,O,2,，且耗电能，故成本比传统芬顿法高电解槽内的电极反应如下：,阳极,Fe-2e,-,=Fe,2+,2H,2,O-4e,-,=O,2,+4H,+,阴极,2H,2,O+2e,-,=H,2,+2OH,-,溶液中的反应,Fe,2+,+H,2,O,2,=OH+OH,-,+Fe,3+,Fe,3+,+3OH,-,=Fe(OH),3,10,(3),电芬顿,-,铁还原法,Fe,2+,由,Fe,3+,在阴极还原产生，,H,2,0,2,由外界加入电芬顿一铁还原系统将一个芬顿反应器和一个,Fe(OH),3,还原为,Fe,2+,的电解装置合并成一个反应器Fe,3+,借助于,Fe,2,(SO,4,),3,或,Fe(0H),3,污泥产生每次投加一定量原水，循环泵回流以保证电解槽内的混合效果；初期运行时，加入浓,Fe,2,(SO,4,),3,溶液与废水相混合，以满足初期,Fe,3+,浓度的要求；,H,2,O,2,通过进料泵连续投加反应过程中形成的,Fe(OH),3,经过絮凝和,pH,调节后可重新使用，系统产生的污泥量少阴极：阳极：,Fe,3+,+e,-,=Fe,2+,2H,2,O-4e,-,=O,2,+4H,+,2H,2,0+2e,-,=H,2,+2OH,-,11,(4),电芬顿,-,铁氧化,-H,2,O,2,法,Fe,2+,由,Fe,在阳极氧化产生，,H,2,O,2,由,O,2,在阴极还原产生。

以平板铁或铁网为阳极，多孔碳电极,(,或炭棒,),为阴极，在阴极通以氧气或空气通电时，在阴阳极上将进行相同电化学当量的电化学反应，因为阳极上从,FeFe,2+,和阴极上从,O,2,H,2,O,2,的反应均为二电子反应，因此，理论上在相同的时间内电解槽内将生成相同摩尔数的,Fe,2+,和,H,2,O,2,，从而使得随后进行的生成芬顿试剂的化学反应得以实现反应中生成的三价铁离子将与溶液中的氢氧根离子结合生成絮状的,Fe(OH),3,，,Fe(0H),3,将包裹有机物共沉积，经过滤后从滤渣中除去为了减少阴阳极生成的,Fe,2+,和,H,2,O,2,在溶液中传输过程的浓差极化，可对电解槽中的溶液进行搅拌电解槽内的电极反应如下：,阳极反应：阴极反应：,Fe-2e,-,=Fe,2+,O,2,+2H,+,+2e,-,=H,2,O,2,2H,2,O-4e,-,=O,2,+4H,+,2H,2,O+2e,-,=H,2,+2OH,-,溶液中的反应：,Fe,2+,+H,2,O,2,=OH+OH,-,+Fe,3+,Fe,2+,+3OH,-,=Fe(OH),3,12,(5),电芬顿,-,铁还原,-H,2,O,2,法,Fe,2+,和,H,2,0,2,分别由,Fe,3+,和,0,2,在阴极还原产生。

通电时，,O,2,在阴极得到,2,个电子被还原为,H,2,O,2,，同时由外界加入的,Fe,3+,也在阴极还原生成,Fe,2+,，,Fe,2+,和,H,2,O,2,组成芬顿试剂13,3.,影响电芬顿反应的因素：,pH,值,反应温度,电流密度,反应时间,电解电压,导电能力,曝气速率,14,PH,值的影响,溶液的酸碱性,(pH,值,),对氧的阴极还原反应有很大的影响在碱性溶液中氧将发生四电子还原反应：,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,；,在酸性溶液中，氧才发生二电,子还原反应生成过氧化氢：,O,2,+2H,+,+2e,-,=H,2,O,2,；,所以,溶液的酸碱性决定着过氧化氢生成的电流效率，进而,影响着随后生成羟基自由基和有机物的降解反应溶液,pH,大于,4,时，,Fe,2+,易被氧化形成,Fe(OH),3,沉淀，芬顿反应不能顺利进行，所以初始溶液,pH,一般不应大于,3.5,15,温度的影响,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电,Fenton,反应这样的复杂体系，温度升高，不仅加速正反应，也加速副反应因此，温度对电,Fenton,试剂处理废水的影响复杂。

适当的温度可以激活,OH,，但是温度过高，也会使,H,2,O,2,分解成为,H,2,O,和,O,2,废水的种类不同，所具有的最佳温度也不一样16,电流密度的影响,理论上说，单位面积内通过电流量的增大是有限制的，因为电解槽内电极的面积是一定的，因此通过的电流增大时，电极的极化增大，随之发生的是阴、阳极上的副反应，如当阳极电流密度增大时，除了铁的溶解外，将伴随着氧气的析出，阴极电流密度增大时将伴随着氢气的析出在阴极随着氢气的析出，溶液的,pH,值上升，这一结果显然对生成过氧化氢及其随后的生成羟基自由基的反应是不利的17,反应时间的影响,Fenton,试剂处理难降解废水，显著优点在于反应速度快Fenton,试剂作用时间的长短对于其在实际操作过程有重要意义，反应时间太短，可能出现处理效果不佳的后果；时间太长增加运行成本，而且不同废水处理时间也会不同但一般都控制在较短的时间内，这主要是因为,Fe,2+,催化,H,2,O,2,反应一旦发生，其主要作用产物为羟基，而羟基的存在寿命很短暂，所以在,Fenton,试剂的作用中一般都可以控制在相对较短的反应时间18,导电能力的影响,有机废水溶液的导电能力较差，因此，在使用电解槽工作时最好添加适当的支持电解质；又因为反应必须在酸性或中性溶液中进行，因此一般选用,Na,2,SO,4,溶液作为支持电解质。

同时，,Na,2,SO,4,不参加电解反应，可以保持溶液导电性的稳定19,电解电压的影响,外加电压是电芬顿反应的驱动力，增大外加电压，有机物的去除率相应增加但是外加电压大于一定值时，将有大量的电能消耗与副反应所以外加电压不宜过高，一般取,525V,为宜,20,曝气速率的影响,电芬顿反应可以大致分为传质和反应两个阶段，空气流量主要影响电芬顿反应的传质过程在无空气供给的情况下，电芬顿反应只能利用溶液中的溶解氧及电解产生的氧，而且,Fe,2+,的扩散传质较慢，属于扩散控制过程，因而，电芬顿反应去除效率不高在有空气供给的情况下，空气流动一方面起到混合搅匀的作用，强化反应器内的传质过程；另一方面能补充在反应过程中不断消耗的氧气，能提高芬顿反应的效率，当空气流量大到一定值进入反应控制过程，曝气对有机物去除的影响减小21,4.,电芬顿技术应用进展,电芬顿技术处理垃圾渗滤液,采用光电芬顿法可以有效的深度处理垃圾渗滤液，实验表明在电流强度为,015 A,、,pH,为,3,、,Fe,2+,为,1 mmol/L,、纯氧通入量为,250 mL/min,条件下处理,360min,色度完全去除,TOC,和,COD,去除率分别达到,78.19%,和,62.18%,说明该方法具有较好的实际应用价值。

同时，垃圾渗滤液中的难降解大分子有机物经过,360min,处理后，大分子物质被降解为小分子物质，垃圾渗滤液的可生化性明显提高22,电芬顿法处理造纸废水,造纸工业废水排放量大，废水中含有大量纤维素、木质素和各种化学药品，耗氧量大，是污染环境的主要污染源之一木质素和纤维素属于难生化降解物质，特别是其中呈三维网状结构的木素分子的降解尤为困难针对这种难降解物质，结合电芬顿法的优点，设计微电解,芬顿法处理造纸废水微电解工艺是氧化还原、原电池、电化学附集、物理吸附、铁离子的混凝沉淀及电子传递等综合作用的效果，而加了,H,2,O,2,形成的芬顿反应又增加了芬顿试剂的强氧化及絮凝沉降作用，起到进一步的降解作用23,微电解后加,H,2,O,2,能明显有效的使氯酚类物质脱氯，降低废水的毒性，若微电解前加,H,2,O,2,的芬顿反应是与微电。