武汉生物工程学院本科论文(设计)
机废水的做法却不太经济,因此处理有机废水时Fenton试剂应该与其他方法联用效果更好更济。
4.2 Fenton试剂处理有机废水的发展前景
前人的研究结果已证实了Fenton法是一种具有很大应用潜力的废水处理技术。该方法具有方便快捷,易于操作等优点,在国外,尤其是欧洲,Fenton氧化法处理废水早已经在一些对经济成本不敏感的工业过程中得到了广泛的应用,随着研究的深入,Fenton法得以不断的改进和发展,出现了各种组合体系。总的来看,是由普通Fenton法朝光化学,电化学,和其它方法联用三个个方向发展的。光Fenton法的主要优点是有机物矿化程度好,其发展方向应是加强对聚光式反应器的研制,以便提高光量子的利用效率,用太阳光替代紫外光,降低成本。电Fenton法的主要优点是自动产生H2O2的机制较完善,但目前还处于试验开发阶段,其发展方向应该是:设计合理的电解池结构,加强对三维电极的研究,提高电流效率、降低能耗;应加强对EF-Fenton法中阴极材料的研制。与其他高级氧化工艺一样,Fenton法的发展方向应该是提高有机物的矿化程度和降低运行的成本。另外,研究其与其他处理过程的组合工艺也是近年来研究者关注的目前Fenton与其它方法联用的实验仅局限于经Fenton试剂预处理后废水的可生化性提高,而实验废水主要是自配的含已知的一类污染物,很少考虑不同物质之间的相互影响,因此有必要把实验转向对实际废水进行系统的研究,并对系统进行模拟,为实际的应用
[9]
提供可信数据。随着研究的深入,Fenton试剂氧化法会成为更有效的废水处理技术。
Fenton试剂作为一种强氧化剂用于处理有机污染物具有明显优点,对于治理我国日益严重的环境污染问题,特别是难降解有毒有机污染物的治理有着十分重要的理论意义和应用价值。Fenton氧化技术的发展趋势尽管国内外Fenton法处理有机废水技术已有了很大的发展[10][11],其中部分已达到工业化应用水平,作为一种具有应用潜力的高浓度难降解有机废水处理技术还在发展中。各类Fenton 法在有机废水处理中具有高效性、降解的彻底性等独特优势, 前景是极其乐观的。就目前来说,Fenton法的发展趋势是开发Fenton法与现代生物、微波、光、电等现代科学技术相结合的组合工艺,以便降低成本,提高处理效率和普适性。Fenton试剂生化法还可以有效压制微生物生长的作用[12].Fenton试剂也将土壤中有毒物质转化为低毒物质或生物更易降解的物质[13],但是用Fenton试剂处理中型和具有缓冲能力的土壤时,调节土壤的PH值是很不切实际的,因此在这种情况下更需要改变Fenton试剂的使用范围[14],将来的Fenton法也将感兴趣于降解目标污染物和被部分氧化的顽固污染物的生物学研究[15]。
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参考文献
[1] 刘冬莲,黄艳斌.·OH的形成机理及在水处理中的应用[J].环境科学与技术,2003,26(1) :
44-46. [2] KANG SHYH-FANG and WANG,THE HSIU and LIU,YEN HAN De and degradation of
24-dinitrophenol by Fenton reagent[J].J Environ Health Part a Toxic/Hazardous and Environmental Engineering,1999,34(4):935-950. [3] Pigllatello J [J] Dark and Photo assisted Fe2+Cataaluzed of Hydrogen Separation and reification
Peroxide[J].Enxiron,Sci,Technology,1992,26(12):944. [4] 张乃东,UV/Fenton氧化处理PVA退浆废水的研究[J].环境科学学报,2000,20(2):13
-144. [5] 蒋展鹏,祝万鹏,杨志华等.化学氧化法处理资源回收后的酸和吐氏酸染料中间体废液[J].环境科学, 1997, 18 (4):35-37.
[6] 陶长元,丁小红,刘作华等.Fenton类氧化技术处理有机废水的研究进展[J].化学研究应
用,2007,19 (11):1177-1180.
[7] 于怀东,方茹,陈士明等.锰离子参与的类Fenton反应的H PLC和ESR波谱研[J].化学学
报,2005,63 (14):1357-1360.
[8] 刘颖,李益民,李海洋.纳米Fe2O3 /膨润土复合催化剂的制备及光催化活性[J].化学物理
学报,2004,17(3):317-320. [9] 左晨燕,何.Fenton氧化/混凝协同处理焦化废水生物出水的研究[J].环境学,2006,27(11)
2201-2205. [10] 王春敏,李亚峰.Fenton-混凝法处理焦化废水的试验研究[J].环境污染治理技术与
备.2006,7(3):88-91.
[11] 解清杰,马涛,王琳玲,等.六氯苯污染沉积物的电-Fen ton法处理[J].华中科技大学
学报(自然科学版) ,2005,,33 (3) :122-124.
[12] 苑宝玲.FENTON法处理微生物研究[M].北京:生物化学工业出版社.2006. [13] 雷乐成,何锋.均相Fenton氧化降解土壤毒害物质反应机理探讨[J].生物化工学报.2003,
54(11):1592-1597. [14] Khan,Mohammed Abu JAFAR,and Watts,Richaard J.Mineral-Catalyzed Peroxidation of
Tetrachlioroethylene.Water.AIR.And Soil Pollutiong,88(1996):247-260. [15] 剧丹,呼世斌,张涛等.Fenton氧化一顽固污染物的研究[J].西北农林科技大学学报(自
然科学版),2005,(6):155一l58.
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武汉生物工程学院本科论文(设计)
致 谢
本论文是在胡双意老师认真指导下完成的。胡双意老师给我的悉心指导、深刻教育、深切关怀,让我明确自己的学习与工作重点。在他的帮助下,无论是在学习上还是在思想认识和为人处事都有了很大的提高,虽即将离开学校,胡双意老师的教导将使我一生受用,是一笔非常宝贵的财富。在论文完成之际,谨向胡双意老师致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢!在此祝他身体健康、工作顺利、活得更有意义更有价值。
在我的毕业论文进行过程中,还得到了系老师和同学的悉心指导。特别感谢我的朋友们:张征宇、熊亭、王从、毛俊辉、唐雄、熊爱、邓瀚锵(不分先后),在他们的帮助下,我顺利地完成论文。祝贺他们找到各自的美好前程,实现自己的价值。
在大学四年的学习生活中,感谢鲍金玉等辅导员们和沈云两位老师及所有任课老师给我的指导和帮助。在这祝愿你们生活得意,家庭幸福自在。
最后,要对我的父母深表感激,感谢你们的物质与精神上的关怀与支持,对我学业和日后工作的关心,你们的体谅与理解,是我前进的推动力。
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文献综述
Fenton试剂处理食堂有机废水研究综述
摘要: 本文阐述了标准Fenton 试剂反应的机理,介绍了采用Fenton试剂处理难降解有机物的研究进展,并利用Fenton试剂处理有机废水原理来处理食堂有机废水。总结了Fenton反应的优点和不足。Fenton试剂作为一类对环境友好的水处理高级氧化剂,去除水中有机物具有独特的优势, 尤其是高浓度、难降解有机废水。
关键词:难降解有机物;Fenton;羟基自由基;食堂有机废水;
1 引言
1894年, 化学家Fenton首次发现有机物在(H2O2)与Fe2+组成的混合溶液中能被迅速氧化,并把这种体系称为标准Fenton试剂,可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态,氧化效果十分明显[1-4]。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂,特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。水环境的有机污染是一个全球性的问题,其严重程度,性质和危害是随着工业的发展不断发展和变化的。难降解有机污染物是指毒性大、被微生物降解速度慢、分解不彻底的有机物,如硝基化合物、氯代有机物、多环芳烃类、酚类化合物等。其中很多对生物和人类具有毒害作用,如:致癌,致畸,致突变作用,已经构成了对人类健康和生态系统的严重威胁。因此,难降解有机污染物的处理一直是环保领域的一个重要研究课题。而食堂有废水中的有机物也能利用 Fenton试剂去处理。
2 Fenton试剂处理有机废水现状
近20多年来,发展了一些对此类污染物降解效果较好的高级氧化技术(AdvancedOxidation Processes,简称AOPs)。其中,Fenton高级氧化工艺技术处理难降解有机污水,可以大大改善污水的可生化性,有利于难降解有机物的后续生化处理,且该方法简单、无需复杂设备、原料易得,具有良好的工业应用前景。因此Fenton 高级氧化工艺技术成为人们研究中的热点。
近年来研究用Fenton试剂处理含酚废水的工作较多,张平凡等研究用Fenton试剂氧化法处理对氨基酚(PAP),探讨了影响处理结果的因素[5]。在选定的条件下,PAP去除率为96%-98%,废水色度明显变浅,降低了废水的生物毒害性,改善了废水的生物降解性能。除了可以直接降解氯酚类物质外,还可以用Fenton试剂氧化作为生物处理技术的前处理过程,使废水的毒性降低,可生化性提高。在用Fenton试剂和生物法联合处理含有五氯酚的废水时,LeeCarberry[6]。观察到在预处理中采用Fenton试剂与只采用H2O2相比,在后续的生物处理过程中五氯酚的吸收速率显著提高。
2.1 Fenton试剂作用机理
1934年Haber和Weiss (1934)提出了羟基自由基理论[7],这一理论认为,亚铁离子和过氧化氢混合产生了羟基自由基,而羟基自由基是Fenton试剂高级氧化反应的重要中间活性产物。以后的许多学者都基本沿用自由基观点开展机理和动力学研究。羟基自由基理论认为Fenton试剂氧化有机物的机理如下:Fe2++H2O2 → Fe3++OH·+·OH (1)
Fe2++·OH → Fe3++OH- (2)
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Fe3++H2O2 → Fe2++HO2·+H+ (3)
HO2·+H2O 2 → O 2+H2O+·OH (4) RH+·OH → R·+H2O (5) R·+Fe3+ → R++Fe2+ (6) R·+O2 → ROO+→ CO2+H2O (7)
Fe2+与H2O2 迅速反应,生成·OH,在反应过程中同时有Fe3+ 生成,Fe3+ 可以与H2O2反应生成Fe2+,生成的Fe2+再与H2O2反应生成·OH,可见在反应过程中Fe2+是很好的催化剂。生成的·OH 可以进一步与有机物RH反应生成有机自由基R·,R·进一步氧化,使有机物结构发生碳链断裂,最终氧化成为CO2和H 2O,使废水的COD大大降低。
2.2 含酚类物质废水的处理
酚类物质有较高的毒性,对人体有致癌作用,属于难降解的工业有机废水。Fenton试剂可用于处理苯酚、甲酚、氯代酚等多种酚类,效果均极好。在室温、pH=3~6 和FeSO4催化剂存在的情况下,H2O2可快速破坏酚结构,氧化过程中先将苯环分裂为二元酸,最后生成CO2,H2O,典型的总反应如下:
C6H5OH+14H2O 2 → 6CO2+17H2O
2.3 硝基苯类废水的处理
硝基苯类化合物是高毒性物质,难以生物降解并且对生化反应有抑制和毒害作用, 这类化合物在水体中有一定的溶解度,会造成水体严重污染,破坏生态环境。目前,关于采用Fenton试剂降解硝基苯类化合物的研究发展很快,Fenton氧化技术反应中产生的·OH 或高价铁中间体可以裂解并氧化苯环类物质,使其降解以至矿化。朱秀华和张诚等人的实验[8]研究表明,在Fenton体系处理硝基苯废水的工艺条件中,硫酸亚铁的用量为主要影响因素,过氧化氢的用量和pH 值影响较弱。实验结果表明:当Fe(Ⅱ)质量浓度为50mg/L,pH值在5.7左右,H2O2质量浓度300mg/l,反应50min,体系中硝基苯去除率可达到94%以上,COD去除率可达36.52%。这是Fenton体系处理硝基苯废水的最佳处理工艺条件。
2.4 焦化废水的处理
焦化废水是煤在高温干馏过程以及煤气净化、化学产品精制过程中产生的废水。焦化废水中污染物组分复杂,含有数十种无机和有机化合物,包括氨氮、硫氰化物、硫化物、氰化物、酚、苯胺、苯并芘等,其中一些是高致癌物,属于高污染难处理的工业废水。唐山学院王春敏等研究了用Fenton试剂法处理焦化废水。探讨了影响COD去除率的因素,确定了适宜的操作条件。在此条件下,焦化废水COD去除率达8 8 . 9 % 。H2O2如分3批加入(总量不变),COD去除率可提高至92%。左晨燕等[9]研究了Fenton氧化/混凝协同处理焦化废水经生物处理后的出水,结果表明,经此处理后,出水可达国家二级排放标准。如后续再经生物处理,最后出水将可稳定地达到国家一级排放标准。研究试验中,还通过分析相对分子质量分布和小分子有机物组成,揭示了焦化废水生物处理后出水的物质组成及其在Fenton氧化/混凝协同处理后的污染物变化规律。
2.5 染料废水的处理
纺织印染废水的组成非常复杂,多数分子是以苯环为核心的稠环、杂环结构,属于高度
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