1、電Fent on法的類型與機(jī)理

1.1 EF-Fenton法

該法又稱陰極電解Fenton法,其基本原理是O2在陰極還原為H2O2,并與Fe2+發(fā)生Fenton反應(yīng)生成OH·,OH·繼而將有機(jī)物氧化為CO2和H2O,或者小分子有機(jī)物。

O2+2e+2H+→H2O2                         (1)

H2O2+Fe2+→Fe3++OH-+OH·                (2)

OH·+有機(jī)物→CO2+H2O+小分子有機(jī)物       (3)

反應(yīng)(1)中的O2可以通過外界曝氣的方式引入至電解反應(yīng)器的陰極,也可利用陽極依據(jù)反應(yīng)式(4)或(5)析出的O2。

2H2O→O2+4H++4e(酸性介質(zhì))               (4)

4OH-→O2+2H2O+4e(堿性介質(zhì))              (5)

該法中Fe2+一般通過外部添加,反應(yīng)開始后Fe2+會被迅速氧化為Fe3+,但Fe3+在直流電場的作用下遷移至陰極表面,并被重新還原為Fe2+,而H2O2可在陰極連續(xù)產(chǎn)生,這樣就保證了Fenton反應(yīng)持續(xù)發(fā)生。EF-Fenton法中陽極通常為不溶性陽極材料,如石墨、鈦基氧化物電極或其他貴金屬材料,陰極通常為石墨、活性炭纖維等。當(dāng)電化學(xué)反應(yīng)器的陽極采用不溶性陽極材料時,陽極表面就可以產(chǎn)生OH·,反應(yīng)式如下:

2H2O-2e→2OH·+2H+(酸性介質(zhì))            (6)

OH--e→2OH·(堿性介質(zhì))                   (7)

因此在EF-Fenton法中不但可通過Fenton反應(yīng)產(chǎn)生OH·,陽極亦可產(chǎn)生OH·,這即是EF-Fenton法可高效降解有機(jī)物的原因。

1.2 EF-Feox法

又稱犧牲陽極法,以鐵作為陽極材料,電解時鐵被氧化溶解生成Fe2+,與外部添加的H2O2或O2在陰極還原產(chǎn)生的H2O2發(fā)生Fenton反應(yīng)生成OH·。在EF-Fenton法和EF-Feox法中,反應(yīng)過程結(jié)束后,水中的鐵離子必須被去除。一般通過調(diào)節(jié)pH值使鐵離子形成沉淀。鐵離子沉淀過程可起到絮凝去除以膠體形式存在的有機(jī)物及部分大分子有機(jī)物的作用。該法中由于陽極材料的溶解,因此需要經(jīng)常更換陽極材料;H2O2由外部添加,故試劑費(fèi)用較高。

1.3 FSR法

FSR法即Fenton污泥循環(huán)系統(tǒng),又稱Fe3+循環(huán)法。該系統(tǒng)包括一個傳統(tǒng)的Fenton反應(yīng)器和一個將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+的電化學(xué)反應(yīng)器。在Fenton反應(yīng)器內(nèi)Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,在電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)Fe3+被還原為Fe2+,然后重新進(jìn)入Fenton反應(yīng)器再次利用。該工藝可以實(shí)現(xiàn)鐵鹽的循環(huán)使用,避免了大量含鐵污泥的處置問題。另外,EF-Fenton法和EF-Feox法同樣也可通過增加一個電化學(xué)反應(yīng)器的方式實(shí)現(xiàn)鐵離子的循環(huán)。利用上述各種電Fenton法處理含有顆粒物或膠體物廢水時,由于鐵鹽的存在,水中膠體脫穩(wěn),且少量鐵鹽形成沉淀起到絮凝作用,造成部分膠體態(tài)有機(jī)物和顆粒態(tài)有機(jī)物被吸附或網(wǎng)捕。電解產(chǎn)生的氣體(H2、Cl2、O2等)與吸附有機(jī)物的沉淀結(jié)合,在浮力作用下,上升到液面,從而將部分膠體態(tài)有機(jī)物和顆粒態(tài)有機(jī)物從水中清除。

2、與其他高級氧化技術(shù)的特點(diǎn)比較

濕式氧化(WAO)方法是在高溫(150～350℃)、高壓(0.5～20 M·Pa)下利用O2或空氣作為氧化劑,氧化水中呈溶解態(tài)或懸浮態(tài)的有機(jī)物或還原態(tài)的無機(jī)物,達(dá)到去除污染物的目的。超臨界水氧化技術(shù)具有反應(yīng)速度快、氧化效率高的特點(diǎn),但是超臨界技術(shù)的發(fā)展還不夠完善,對反應(yīng)條件和設(shè)備的要求也過高。與濕式氧化和超臨界氧化相比,電Fenton法可以在常溫常壓下進(jìn)行,且有機(jī)物礦化度更高;光化學(xué)(催化)氧化就是氧化劑在光的輻射下產(chǎn)生氧化能力較強(qiáng)的自由基,通過這些強(qiáng)氧化性的自由基來氧化污染物的過程,根據(jù)氧化劑的不同光氧化可分為UV/H2O2、UV/O3、UV/H2O2/O3等系統(tǒng)。光化學(xué)(催化)氧化技術(shù)具有操作簡單、反應(yīng)條件溫和的特點(diǎn),但是也存在光能的利用率低以及催化劑價格昂貴的缺點(diǎn);與普通Femon法比較,電Femon法雖然增加了能耗,但有機(jī)物氧化效率得到提高,且可節(jié)約試劑費(fèi)用;與普通的電化學(xué)氧化相比,電Femon法由于鐵鹽的引入,使電導(dǎo)率提高,因此不但有機(jī)物降解效率大幅度提高,且更節(jié)省電耗。隨著高性能電催化材料和電化學(xué)反應(yīng)器的不斷發(fā)展,工藝研究的日臻完善,電Femon法用于有機(jī)物降解有著良好的前景。
 

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