- Основные принципы и механизмы реакций
Передовая технология окисления Фентона использует синергетический эффект перекиси водорода (H₂O₂) и ионов железа (Fe²⁺) для образования гидроксильных радикалов (-OH), обладающих чрезвычайно сильными окислительными свойствами. Его потенциал окисления достигает 2,73 В (при pH=4), уступая только плавиковой кислоте. Основное уравнение реакции выглядит следующим образом:
Начинается цепная реакция: H₂O₂ + Fe²⁺ → Fe³⁺ + OH- + -OH
Свободнорадикальное окисление: RH + -OH → R- + H₂OR- + O₂ → ROO- → CO₂ + H₂O
Цикл ионов железа: Fe³⁺ + H₂O₂ → Fe²⁺ + HO₂- + H⁺Во время этого цикла Fe²⁺ действует как катализатор для непрерывной активации H₂O₂, достигая эффективной минерализации органических загрязняющих веществ (преобразуются в CO₂, H₂O и неорганические соли).
- Технические преимущества
Высокоэффективная деградация трудноразлагаемых органических веществ: Обладает способностью к неизбирательному окислению высокостабильных загрязнителей, таких как ароматические соединения (например, фенолы, хлорбензолы) и полихлорированные бифенилы.
Простота в эксплуатации: не требуется УФ-излучение или высокая температура, а быстрая реакция (0,5-2 часа) может быть достигнута при комнатной температуре, что позволяет экономить место и энергию. Экологичность: исключает образование вторичных загрязнителей, таких как хлорированные органические вещества, а осадок после обработки может быть использован в качестве ресурса солей железа.
Контролируемая стоимость: Первоначальные инвестиции составляют всего 1/3-1/4 от традиционной биологической очистки, что подходит для малых и средних предприятий.
- Ключевые факторы влияния и стратегии оптимизации
| фактор | Механизм воздействия | Предложения по оптимизации |
| pH | Когда pH 5, эффективность генерации OH снижается. | Отрегулируйте pH до 2,5-4,5 (оптимально 3,0) |
| H₂O₂ Дозировка | Чрезмерное добавление приводит к самоугасанию свободных радикалов, а недостаточное - к неполной деградации. | Определяется в эксперименте по молярному соотношению ХПК/H₂O₂ обычно (1:1-3) |
| Концентрация Fe²⁺ | Слишком низкое значение приведет к снижению эффективности катализатора, слишком высокое - к увеличению количества осадка | Главное [Fe²⁺]:[H₂O₂]=1:10-20 (массовое соотношение) |
| температура | При повышении температуры на 10°C скорость реакции увеличивается в 2-3 раза | Рекомендуемая рабочая температура: 20-30℃ |
| Время реакции | Для достижения пикового значения обычно требуется 20-40 минут. Если это займет слишком много времени, это приведет к накоплению побочных продуктов. | Динамический мониторинг значения ОВП для контроля конечной точки реакции |
- Проблемы и усовершенствованные технологии
Болевые точки традиционного метода Фентона:
Большое количество осадка: Осадки Fe(OH)₃ трудно осаждаются, что увеличивает затраты на утилизацию.
Отходы реагентов: После того, как степень удаления ХПК достигает 50%-70%, коэффициент использования H2O2 значительно снижается.
Перемешивание цвета: Fe³⁺ осаждается не полностью, в результате чего образуется желто-коричневая вода.
Направление совершенствования:
Фентонный метод в кипящем слое: Ядра кристаллизации кварцевого песка используются для побуждения Fe(OH)₃ к образованию стабильных кристаллов (размер частиц 1-2 мм), что позволяет уменьшить количество осадка на 70% и повысить коэффициент утилизации H₂O₂.
Электрофентонная технология: В сочетании с электрохимическим окислением генерирует циклы Fe²⁺/Fe³⁺ in situ и снижает дозировку реагентов.
Фотокаталитический Фентон: Ультрафиолетовый свет усиливает генерацию OH и снижает потребность в H₂O₂.
- Ключевые моменты инженерного применения
Порядок добавления реагентов: сначала подкисление (pH≈2,5) → добавление Fe²⁺ (через 15 минут) → добавление H₂O₂ → регулировка pH до нейтрального значения → флокуляция и осаждение.
Требования к качеству поступающей воды: SS <200 мг/л, избегать таких мешающих веществ, как сульфид-ионы и цианид, а порог допустимой концентрации Cl- должен быть определен в ходе экспериментов.
Обработка осадка: Используйте PAM (полиакриламид) для усиления флокуляции или добавьте известь для регулировки pH, чтобы способствовать осаждению железного осадка.
Защита от коррозии: Оборудование должно быть изготовлено из коррозионностойких материалов (таких как стеклопластик, ПНД), а резервуары для хранения перекиси водорода и трубопроводы должны регулярно проверяться.
