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废水处理效率的影响因素

2015-03-19

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      pH值,因为Fe 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,Fe不能催化H202产生·OH。研究者普遍 认为,当pH值在2~4范围内时,氧化废水处理效果较好,最佳效果出现在pH=3时。Lin和Peng [10]在采用Fenton试剂处理纺织废水时发现,当pH值增加并超过3时,废水中的COD迅速升高,从而得到最优点pH=3。在该条件下,COD的去 除率达到80%。

  Casero将Fenton 试剂运用于芳香胺废水处理时发现,O-联茴香胺转化成开环有机物的过程与起始pH值无关。反应完全后,废水的pH值比起始pH值有所下降,原因可能是 Fenton反应产物Fe水解使pH值下降。同时,Fenton试剂在较宽的pH值范围都能降解有机物,这就避免了对废水的缓冲。
  试剂配比
  在Fenton反应中,Fe起到催化剂的作用,是催化H202产生自由基的必要条件。在无Fe条件下,H202难于分解产生自由基。当Fe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Fe浓度过高时,会将H202还原且被氧化成Fe,造成色度增加。
  J.Yoon研究了不同[Fe]/[ H202 ] 比值对反应的影响。在[ Fe]/[ H202] = 2 环境中,当有机物不存在时,Fe在几秒内消耗完。有机物存在时,Fe的消耗大大受到限制。但不管有机物存在与否,H202都在反应开始的几秒内被完全消 耗。这表明,在高[ Fe]/[ H202 ]比值条件下,消耗H202产生·OH自由基的过程在几秒内进行完毕。在[ Fe2+ ]/[ H202 ] = 1环境中,当有机物不存在时,H202的消耗在反应刚开始时消耗迅速,随后消耗速度缓慢。有机物存在时,H202 的消耗在反应刚开始时非常迅速,随后完全停止。但不管有机物存在与否,Fe在反应刚开始后不久就被完全消耗。因此,反应开始时加入的Fe在90min内不 能使H202消耗完。在[ Fe]/ [H202 ]≤1 条件下,和[Fe]/[ H202 ]=1时一样,Fe在反应刚开始后不久就被完全消耗, 但H202 被完全消耗的时间更长。
  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H202分解成H2O和O2。Sheng[8]用Fenton试剂处理退浆废水时发现,最佳的反应温度出现在30℃,低于该温度出水的 COD迅速升高。这可能是由FeSO4/ H202的反应缓慢造成的。温度高于30 ℃时,由于H202分解带来的不良影响,COD去除率增加缓慢。Basu和Somnath用Fenton 试剂处理三氯苯酚时发现,温度低于60 ℃时,温度低反应出现正效果,高于60 ℃时,不利于反应的进行。以上研究者得出不同结果,可能是由于废水成分不同造成的。
  投加方式
  正如前面所提,Fenton试剂在不同的Fe/ H202比值下具有不同的处理功能。FeSO4大于H202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。因此,将整个反应过程分为两步进行,两步中考察不同的侧重点,可能具有实际意义。有关实验将Fenton试剂的一次投加(FeSO4/ H202比值为400/1000) 和二次投加(FeSO4/ H202 比值为300/100,100/900) 进行比较,结果发现,尽管反应进行到第二步时,COD的去除率仍有累积效应。但总的去除率并没有明显的提高。
  动力学影响
  Fenton 试剂化学氧化过程可用m级反应动力学模型表示;
  Sheng H. Lin的研究发现,实验结果能很好的用一级反应动力学模型表达。反应速率常数和温度、FeSO4 和H202 的初始浓度有关,而且和H202 比较起来,Fenton氧化对FeSO4的依赖更大。

  此外,影响Fenton试剂处理程度的因素还有诸如有机物的浓度、停留时间、压力等,因此,在工程实践中需要综合考虑多种因素以确定最佳的处理工艺,才能取得良好的经济运行效果。

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