高级氧化技术浅析.ppt

高级氧化技术(Advanced oxidation processes，AOPs) 特点 能产生大量非常活泼的羟基自由基·OH，其氧化能力(2.80 V)仅次于氟(2.87 V)，·OH作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应 ·OH能无选择地直接与废水中的污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和无害盐，不会产生二次污染 是一种物理-化学处理过程，很容易加以控制 既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配，如可作为生化处理的顸处理或深度处理，降低处理成本 高级氧化技术AOPs 分类 Fenton及类Fenton氧化法 电化学法 光化学和光催化氧化法 臭氧类氧化法 超声氧化法 过硫酸盐活化法 湿式空气氧化 超临界水氧化 其他 Fenton氧化法 反应机理 Ｈ2Ｏ2+Fe2+→ Fe3+ +OH- +ＨＯ· ＨＯ·+ Fe2+ → Fe3+ +OH- Fe3+ +Ｈ2Ｏ2 → Fe2+ +ＨＯ2·+H+ ＨＯ2·+Ｈ2Ｏ2 →Ｏ2 +Ｈ2Ｏ+ＨＯ· RH+ＨＯ· →Ｈ2Ｏ+R· R·+ Fe3+ → Fe2+ +R+ R·+Ｏ2 → ROO+…… →CＯ2 +Ｈ2Ｏ Fenton氧化法 优点 反应条件温和，设备简单，适用范围广 既可作为单独处理技术应用，也可与其它处理过程相结合 将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法，与其他处理方法(如生物法、混凝法等)联用，可以更好地降低废水处理成本，提高处理效率，拓宽该技术的应用范围。 Fenton氧化法 处理对象 酚类化合物 多氯联苯 硝基苯 二硝基氯化苯 印染及垃圾渗滤液 Fenton氧化法 缺点 使用的试剂量多，过量的Fe2+增大处理后废水中的COD并产生二次污染 有机物矿化不充分，形成的中间产物往往毒性更大 有机物矿化不充分，形成的中间产物往往毒性更大；需进行先酸化再碱化的过程，此过程实际上加入了盐，降低可生化性 研究方向 铁离子的固定化，制备含铁的固体氧化剂，进行异相Fenton反应 经典Fenton氧化法 (1)Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH，K1=76L/(mol·s) (2)Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+，K2=0.002- 0.01 L/(mol·s) (3)Fe2++·OH→Fe3++OH-，K3=3×108 L/(mol·s) (4)H2O2+·OH→H2O+ HO2·，K4=2.7×107 L/(mol·s) (5)Fe3++OH-→Fe(OH)3(胶体) (6)·OH +org.→矿化产物( CO2、 H2O) 1.适当的增大 Fe2+和 H2O2 的浓度有利于提高污染物的降解效率 2.过量 Fe2+和H2O2 会成与·OH反应。 3.优点是反应物Fe2+来源广泛，价格便宜,反应易于操作。 4.缺点就是Fe2+和 H2O2需要量较大；需要控制较低的PH值，通常在3左右，这样对设备的腐蚀较大；并且产生大量的Fe(OH)3 污泥；同时处理后的水色度不能达标。 类Fenton氧化法 电Fenton 电Fenton法的实质是把用电化学法产生的Fe2+与H2O2 作为Fenton试剂的持续来源。在酸性溶液中，在电极上通直流电时，首先O 2在阴极通过还原反应产生H2O2，H2O2与溶液中的Fe2+生成·OH 和 Fe3+，Fe3+可以在阴极上被还原再生成 Fe2+；另外，以Fe作为阳极，Fe2+可以直接由阳极氧化溶解产生。所以电Fenton法相比经典Fenton法降低Fenton试剂的用量。 类Fenton氧化法 光Fenton (1)Fe3++H2O+hv→Fe2++ H++·OH (2)H2O2+ hv→2·OH (3)RH+ hv→降解产物 优点 降低了Fe2+用量，减少了Fe2+的二次污染，同时也保持了Ｈ2Ｏ2较高的利用率 在pH=3左右，三价铁主要以Fe(0H)2+粒子形式存在，三价铁的羟基络离子可以与紫外光反应生成经基自由基和亚铁离子，前者可直接氧化有机物，后者又可作为催化剂重新参与反应 Fe(0H)2+→ Fe2+ +ＨＯ· 类Fenton氧化法 光/Fenton法 缺点 hV/Fenton法可提高有机物的矿化程度，但能耗大、成本高 有机物浓度高时，三价铁络合物和Ｈ2Ｏ2吸收光量子数降低，需要加入Ｈ2Ｏ2的量增加，而ＨＯ·易被高浓度的Ｈ2Ｏ2所清除 ＨＯ·+Ｈ2Ｏ2 →Ｈ2Ｏ+ＨＯ2 · 类Fenton氧化法 紫外光-可见光/Ｈ2Ｏ2 /草酸铁 Fe3+和C2Ｏ42-可形成三种草酸铁络合物，以[Fe(C2Ｏ4)3]3-的光化学活性最强，具有特殊的光谱特性，对高于200nm波长的光具有较高摩尔吸收系数，甚至可以吸收500nm的可见光而产生·OH [