TECHNICAL STUDY

●技术背景
       芬顿工艺作为高级氧化工艺的一种,具有降解高分子有机物能力强、操作简单、反应快速、可絮凝沉淀等优点,受到排污企业的青睐和认同,尤其是在处理部分化工、医药、石化、印染、皮革等高难废水时有自己独到的优势,但传统的芬顿工艺也存在一定弊端,如设备利用率低、芬顿试剂用量大等。
       由山东理工大学李家亮教授团队引进台湾工研院的芬顿流化床技术,并在原有技术基础之上优化整合出一套适合国内企业现状的工艺方案,相比传统芬顿工艺,具有设备利用率高、芬顿试剂使用量小等特点。
      
      ●反应原理
     芬顿化学氧化技术的主要原理是外加的H2O2氧化剂与Fe2+催化剂,即所谓的芬顿药剂,两者在适当的pH下会反应产生氢氧自由基(OH·),而氢氧自由基的高氧化能力与废水中的有机物反应,可分解氧化有机物,进而降低废水中生物难分解的COD。
       芬顿反应体系十分复杂,其关键是通过Fe2+ 在反应中起激活和传递作用,使链反应能持续进行直到H2O2耗尽,其中产生的•OH可引发链反应产生如HO2•等更多的自由基来降解有机物具体反应机理如下:
       ①Fe2+ + H2O2→Fe3+ + •OH+OH-
       ②Fe3+ + H2O2→Fe2+ + HO2•+H+
       ③Fe2+ + •OH→Fe3 ++ OH-
       ④•OH + H2O2→H2O + HO2•
       ⑤HO2• + H2O2→O2 + H2O +•OH
       ⑥RH + •OH→R• + H2O
       ⑦R• + Fe3 +→R+ + Fe2+
       ⑧R+ + O2→ROO+→CO2 + H2O
       芬顿反应除了由于产生•OH而具有强氧化性外,还具有絮凝、沉淀功能。反应机理具体如下:
       ①[Fe(H2O)6]3+ + H2O→[Fe(H2O)5OH]2+ + H3O+
       ②[Fe(H2O)5OH]2+ + H2O →[Fe(H2O)4(OH)2]+ + H3O+
       在pH 为3~7 的条件下,上述反应产生的络合物变成:
       ①2[Fe(H2O)5OH]2+ → [Fe2(H2O)8(OH)2]4+ + 2H2O
       ②[Fe2(H2O)8(OH)2]4+  + H2O →[Fe(H2O)7(OH)3]3+ + H3O+
       在芬顿反应完成后,加入液碱将浓水pH调至7~8同时,形成铁系络合物沉淀,进一步降低COD指标的同时,还可有效降低总磷指标。

      ●适用工况
       适合难生化降解废水,通常一般设置在废水处理工序的末端,具有工艺稳定、操作简单、对大分子有机物有较强的的分解能力等特点,但是后期会产生一定量的含铁污泥进行后续处理。
 ●技术优化
       流化床芬顿氧化法是传统芬顿氧化法的改良技术,主要原理是将芬顿氧化法产生的三价铁离子(Fe3+)在流化床反应器中的担体表面产生FeOOH的结晶,而FeOOH也是H2O2的一种催化剂,而因为有FeOOH的存在,所以可以大幅降低Fe2+催化剂的加药量,进而降低操作成本与污泥产生量,铁氧体填料可以降低双氧水的分解势能,使双氧水氧化的起始吉布斯自由能降低,从而减少双氧水氧化亚铁离子成为三价铁离子的量,进而减少加入双氧水无效分解,提高双氧水的利用率,提高反应过程中产生氢氧自由基(OH·)的利用率,从而降低双氧水的用量。是目前针对低浓度生物难分解有机废水操作成本最低的化学氧化技术。
 
        芬顿流化床反应器由于填料处于流化状态,使双氧水产生的氢氧自由基与废水中的有机物几率大大增加,缩短反应时间,降低处理设施的容积,从而降低处理设施的造价,根据相关工程比较处理设备造价可以降低1/4以上。流化床芬顿反应器内不需要外加动力进行搅拌,可以减少双氧水因剧烈搅动造成的无效分解,降低双氧水用量,降低运行费用;不需要外加动力搅拌也可以降低空气中氧气对废水的复氧,减少亚铁的无效氧化,降低运行费用;无动力搅拌,可以降低系统电耗,降低运行费用。
       铁氧体填料使用过程中易出现板结问题,降低填料的使用寿命,增加设备运行和维护的成本。我中心在总结大量工程经验及创新芬顿流化床填料生产工艺的基础上,研发出新型铁氧体填料,新型填料具有以下技术优点。
       1、采用多孔复合材料为催化剂载体,机械强度大,并掺杂多种不易流失催化组分,提高催化剂的催化活性和稳定性。高温烧结技术在保证活性组分高利用率高附着度的同时,有效减少催化填料流失率,降低了填料板结的风险,延长了使用寿命。
       2、通过大量试验和工程应用筛选催化填料的载体及活性组分,保证类芬顿反应催化剂效应持续高效。
       3、通过筛选合适的载体和催化组分,提高了催化剂的催化活性及对反应废水pH的适应性,一定程度上拓宽了反应的pH范围。
                                                                     
●系统升级
       在对芬顿流化床反应器系统的优化过程中,除对铁氧体填料的生产工艺进行优化外,在总结大量工程案例后期使用情况进行总结,对整个工艺系统优化改造。
       1、优化反应器布水结构,有效防止亚铁离子在填料表面附着,避免填料出现板结问题。
       2、优化系统的仪表自控系统,针对企业生产污水各参数的不稳定性,对传统的仪表控制系统升级改造,让整个芬顿系统可跟据进水情况随时调整反应时间、药剂添加量等参数,降低人工操作程度,同时避免了由于人工误操作引发的出水不达标的情况产生。
       3、根据大量的使用案例,选取性价比最优的标准设备,如泵组、风机、仪表等,保证后期整个系统的稳定运行。
                                                                 

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