芬頓法和類芬頓法對(duì)水中污染物的去除研究.pdf

1、芬頓技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的研究較多（可以作為預(yù)處理、中間處理和后處理），是一種處理范圍較廣、處理效率較高的水處理技術(shù)。然而，在傳統(tǒng)的水處理應(yīng)用過程中，芬頓技術(shù)的有效 pH值范圍較窄（在 pH=3附近）。針對(duì)芬頓技術(shù)的這一缺點(diǎn)，本文在中性pH值附近對(duì)芬頓技術(shù)的氧化以及沉淀作用的水處理效能和機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　本文在初始pH值為7的條件下，以孔雀石綠（MG）、腐殖酸（HA）和正磷酸鹽（PO43-）為主要研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究了芬頓氧化（

2、EDTA-Fe3+/H2O2）和芬頓混凝（Fe2+/H2O2）技術(shù)處理水中有機(jī)和無機(jī)污染物的效果、影響因素和反應(yīng)機(jī)理，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)際的處理效能研究，主要工作和研究成果如下：
　　芬頓氧化試驗(yàn)以乙二胺四乙酸二鈉鹽（EDTA）為促進(jìn)劑，MG為目標(biāo)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EDTA的投加顯著地提高了Fe3+/H2O2對(duì)水中MG的脫色效率。MG的脫色效率分別與EDTA投量、Fe3+投量、H2O2投量、水的溫度、溶液初始pH值（≥5）呈正相關(guān)。促進(jìn)

3、劑EDTA的存在增加了Fe3+離子在水中的溶解程度，同時(shí)強(qiáng)化了Fe3+離子對(duì)H2O2的催化分解反應(yīng)，促進(jìn)了羥基自由基和中間價(jià)態(tài)鐵物種的產(chǎn)生，從而加速了MG的降解。單獨(dú)Fe3+/H2O2和Fe3+-EDTA/H2O2兩種處理方式在溫度20oC、初始pH值7.0條件下對(duì)孔雀石綠的降解均遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。在非單一有機(jī)污染物存在的條件下，類芬頓反應(yīng)得到了較好的促進(jìn)，為其處理多組分的實(shí)際水體提供了理論指導(dǎo)和支持。
　　在MG脫色效果實(shí)

4、驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步探討了類芬頓氧化的反應(yīng)機(jī)理。在溫度20oC、初始pH值7.0條件下，本文分別進(jìn)行了H2O2投加方式的影響實(shí)驗(yàn)、自由基抑制劑叔丁醇的影響實(shí)驗(yàn)、電子順磁共振（EPR）譜圖檢測(cè)、溶液中H2O2和二價(jià)鐵的濃度檢測(cè)以及K2FeO4/H2O2協(xié)同氧化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，總量相同等分多次投加H2O2與單次投加H2O2時(shí)MG的脫色效率是相近的；與未投加叔丁醇相比，投加叔丁醇使MG的脫色減少了50％。由此推測(cè)，本實(shí)驗(yàn)中類芬頓氧化反應(yīng)并不

5、遵循單一的羥基自由基機(jī)理，同時(shí)存在著中間價(jià)態(tài)鐵物種。實(shí)驗(yàn)使用K2FeO4模擬中間價(jià)態(tài)鐵物種時(shí)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)投加H2O2（20mM）時(shí)，MG脫色幾乎為零，單獨(dú)投加K2FeO4（50μM）時(shí)，MG脫色47.7%，H2O2（2.5mM）和K2FeO4（50μM）同時(shí)投加時(shí)，MG的脫色達(dá)到95%，即H2O2和K2FeO4對(duì)MG的脫色發(fā)生了明顯的協(xié)同氧化反應(yīng)。EDTA對(duì)H2O2/K2FeO4的促進(jìn)作用較小，中間價(jià)態(tài)鐵物種相對(duì)羥基自由基而言可能起著更主

6、要的氧化作用；叔丁醇的投加對(duì)MG的脫色并沒有產(chǎn)生抑制作用，即，本實(shí)驗(yàn)條件下叔丁醇對(duì)中間價(jià)態(tài)鐵物種的捕獲能力很弱。
　　在初始中性pH值=7的條件下，芬頓混凝實(shí)驗(yàn)以HA分子和正磷酸鹽為目標(biāo)物，對(duì)H2O2投量、Fe2+投量、目標(biāo)物濃度等變量進(jìn)行了考察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于水中HA和磷的去除，過氧化氫的投加濃度存在著最佳值，隨著水溶液中目標(biāo)物初始濃度的增加，[H2O2]0/[Fe2+]0的摩爾比例也相應(yīng)增加。在本文的研究中，HA和磷的[H

7、2O2]0/[Fe2+]0的最佳比例分別為1:1~3:1和0.5:1~1:1，去除二者的最佳pH值范圍為5~7和4~5。實(shí)驗(yàn)同時(shí)檢測(cè)了水樣中剩余鐵的濃度，F(xiàn)e2+/H2O2達(dá)到較好的目標(biāo)物去除效果時(shí)水樣中剩余鐵濃度也較低?；瘜W(xué)共沉被認(rèn)為是水中目標(biāo)物去除的主要反應(yīng)機(jī)理。
　　芬頓混凝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用以生活污水二級(jí)處理出水為目標(biāo)水體，以正磷酸鹽為目標(biāo)物質(zhì)?？疾炝烁鞣N因素對(duì)Fe2+/H2O2除磷效果的影響，檢測(cè)了除磷過程中水體的EPR譜圖

8、，同時(shí)對(duì)Fe2+/H2O2和三價(jià)鐵鹽除磷進(jìn)行了處理效率和經(jīng)濟(jì)比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，總體上，F(xiàn)e2+/H2O2的除磷效果好于單獨(dú)三價(jià)鐵鹽混凝，F(xiàn)e2+/H2O2除磷后溶液的pH值略高于單獨(dú)三價(jià)鐵鹽除磷后溶液的pH值。然而，兩個(gè)體系輕微的pH值差別并不能引起二者除磷效果的差別，即Fe2+/H2O2產(chǎn)生的新生態(tài)三價(jià)鐵除磷能力更強(qiáng)。Fe2+/H2O2與單獨(dú)三價(jià)鐵鹽混凝去除二級(jí)處理出水中磷的機(jī)理是相同的（化學(xué)沉淀）。而且，F(xiàn)e2+/H2O2除磷比單

9、獨(dú)三價(jià)鐵鹽混凝具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。EPR譜圖結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)中，中性pH時(shí)在實(shí)際的生活污水二級(jí)處理出水的背景下得到的EPR特性符合pH=3時(shí)純水背景下的Fenton反應(yīng)規(guī)律。即磷酸根與鐵離子產(chǎn)生配位絡(luò)合降低了鐵離子對(duì)過氧化氫的催化分解能力；水樣中形成的羥基自由基會(huì)被過量的H2O2所捕獲。
　　本文為芬頓技術(shù)在中性pH附近應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐，揭示了芬頓體系的處理效率和反應(yīng)機(jī)理，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用做了初步研究，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了理論與技術(shù)依