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1、Company Logo浅谈光浅谈光-Fenton技术在技术在环境修复中的应用环境修复中的应用 1Company Logo引言引言 环境污染问题日益突出，人类也一直在积极探索解决办环境污染问题日益突出，人类也一直在积极探索解决办法，光法，光-Fenton反应自发现以来一直广泛用于不同的反应自发现以来一直广泛用于不同的氧化反应。近年来，作为一种新的有效的高级氧化技术氧化反应。近年来，作为一种新的有效的高级氧化技术应用于环境污染的处理领域。应用于环境污染的处理领域。2Company Logo目录目录A.Fenton(芬顿芬顿)法及光法及光-Fenton技术简述技术简述B.光光-Fenton技术在环
2、境修复中的应用举例技术在环境修复中的应用举例 C.光光-Fenton技术的改进技术的改进 D.光光-Fenton法的展望法的展望 3Company LogoA.Fenton法及光-Fenton技术简述4Company LogoFenton(芬顿芬顿)法简述法简述v1894年，法国科学家年，法国科学家Fenton发现，在酸性条件下，发现，在酸性条件下，H2O2在在Fe2+离子的催化作用下可有效的将酒石酸氧化。离子的催化作用下可有效的将酒石酸氧化。后人将后人将H2O2和和Fe2+命名为命名为Fenton试剂。试剂。v1964年年Eisenhouser首次使用首次使用Fenton试剂处理苯试剂处理苯
3、酚及烷基苯废水，开创了酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂在环境污染物处试剂在环境污染物处理中应用的先例。理中应用的先例。5Company Logo反应机理反应机理Fenton反应体系中总的化学反应方程式：反应体系中总的化学反应方程式：Fe2+H2O2 Fe3+O2+ OH生成的生成的OH能快速降解多种有机化合物能快速降解多种有机化合物 RH+OH H2O+R R+Fe3+ Fe2+ +产物产物这种氧化反应速率极快，在酸性条件下效率最高，这种氧化反应速率极快，在酸性条件下效率最高，在中性到强碱性条件下效率较低。在中性到强碱性条件下效率较低。H+6Company Logo操作条件操作条件 v合
4、适的合适的H2O2与与Fe2+的物质量比：的物质量比：10-290v最适温度：最适温度：20-40v最佳最佳PH ：2.0-4.0v合适的反应时间：合适的反应时间：90-100minv不同水质的废水的操作条件也不同，应用时要先进行实不同水质的废水的操作条件也不同，应用时要先进行实验确定最佳操作条件。验确定最佳操作条件。7Company Logo处理效能与应用处理效能与应用v进水进水COD:50-1000mg/L,处理水量：处理水量：40-3000m3/d ，氧化池的规模：，氧化池的规模：0.375-126m3,COD去除率：去除率：50-80%，色度去除率：，色度去除率：80%以上。以上。v该
5、方法具有方便快捷、易于操作的优点，但多污泥，经该方法具有方便快捷、易于操作的优点，但多污泥，经济成本较高是它的劣势。济成本较高是它的劣势。v用于去除高色度，可生化性差，含有毒物质的废水。即用于去除高色度，可生化性差，含有毒物质的废水。即可作为废水处理的预处理，又可作为最终的深度处理。可作为废水处理的预处理，又可作为最终的深度处理。8Company Logo光光-Fenton技术技术 在紫外波长和近紫外波长的光辐射下，增强了在紫外波长和近紫外波长的光辐射下，增强了Fenton 试剂的氧化能力，大大促进试剂的氧化能力，大大促进Fenton和和类类Fenton体系中有机物的降解速度，还在一定体系中有
6、机物的降解速度，还在一定程度上节约了过氧化氢的用量。光助程度上节约了过氧化氢的用量。光助Fenton氧氧化系统实际上为化系统实际上为H2O2 +Fe2+与与H2O2 +UV 两两种系统的结合种系统的结合 UV/Fenton法：法： 反应体系在紫外光的照射下三价铁与水中氢氧根离子的复合离子可以直接产生羟基自由基并产生二价铁离子9Company Logo技术优点技术优点 1.可以降低可以降低Fe2+的用量，保持过氧化氢较高的利的用量，保持过氧化氢较高的利用率；用率； 2.紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应，过氧化氢的分解速率远大于亚铁离子协同效
7、应，过氧化氢的分解速率远大于亚铁离子或紫外光催化过氧化氢分解速率的简单加和或紫外光催化过氧化氢分解速率的简单加和10Company LogoB.光光-Fenton技术在环境修复中的应用举例技术在环境修复中的应用举例 11Company Logo光光-Fenton-生物联用技术处理生物联用技术处理难降解废水研究进展难降解废水研究进展12Company Logo 化工、轻纺、制药、食品等工业中所排放出的大量工业化工、轻纺、制药、食品等工业中所排放出的大量工业废水，因具有种类多、成分复杂、废水，因具有种类多、成分复杂、COD（化学需氧量）（化学需氧量）浓度高、可生化性差、有毒有害等特点，若未能进行有
8、浓度高、可生化性差、有毒有害等特点，若未能进行有效的控制和治理，必将对环境造成十分严重的污染与破效的控制和治理，必将对环境造成十分严重的污染与破坏。坏。 13Company Logo14Company Logov 近二十多年来，发展了一种有效处理难降解污染物的化学近二十多年来，发展了一种有效处理难降解污染物的化学氧化法氧化法高级氧化技术（高级氧化技术（advancedoxidation processes，简称，简称AOPs），其中很重要的一个便是），其中很重要的一个便是Fenton 类氧化技术，并且目前很多人认为光类氧化技术，并且目前很多人认为光-Fenton 技术是最有前景的处理技术之一。
9、该体系无需辅以高温和技术是最有前景的处理技术之一。该体系无需辅以高温和高压，操作简单，且高压，操作简单，且Fenton 试剂试剂Fe2+ H2O2对对环境友好。环境友好。Fenton技术对于含酚类、防腐剂、杀虫剂、技术对于含酚类、防腐剂、杀虫剂、甲醛、染料等有机物的废水和受污染土壤的处理均有效。甲醛、染料等有机物的废水和受污染土壤的处理均有效。但相对于生物处理，光但相对于生物处理，光-Fenton 体系的运行成本很高，体系的运行成本很高，限制了其在实际中的应用。限制了其在实际中的应用。因此，将光因此，将光-Fenton 体系作体系作为预处理方法将难降解的污染物转化为易生物处理的物质为预处理方法
10、将难降解的污染物转化为易生物处理的物质之后与生化法联用，实现高效、经济的目的，是难降解有之后与生化法联用，实现高效、经济的目的，是难降解有机物处理技术的一个研究发展方向。机物处理技术的一个研究发展方向。15Company Logo 技术实验基本原理技术实验基本原理 技术要求和成本要求的均衡，决定了光技术要求和成本要求的均衡，决定了光-Fenton 预处理的程度预处理的程度Fenton 试剂的投加量或光照试剂的投加量或光照时间对于时间对于Fenton 技术（不加光）来讲，试剂的技术（不加光）来讲，试剂的投加量决定了前处理的程度。当溶液中的投加量决定了前处理的程度。当溶液中的Fe2+或或H2O2被
11、消耗完时，被消耗完时，Fenton 反应终止了，污反应终止了，污染物的降解也结束，延长反应时间也对前处理的染物的降解也结束，延长反应时间也对前处理的程度无作用。如果溶液中程度无作用。如果溶液中H2O2没消耗完时采用没消耗完时采用其它手段终止反应，此时多添加的双氧水会造成其它手段终止反应，此时多添加的双氧水会造成成本的升高，且剩余的成本的升高，且剩余的H2O2会对后续的生物反会对后续的生物反应会造成危害。应会造成危害。16Company Logov预处理目的：预处理目的：改变污染物的结构，将其转化为毒改变污染物的结构，将其转化为毒性小、容易生物降解的中间产物，使得后续的生性小、容易生物降解的中间
12、产物，使得后续的生化处理难度更低。化处理难度更低。v预处理预期效果：预处理预期效果：初始的难降解污染物浓度降初始的难降解污染物浓度降低；低；对微生物有害的中间产物得到较大程度的对微生物有害的中间产物得到较大程度的去除；去除；绝大部分的氧化剂已经耗尽或去除，不绝大部分的氧化剂已经耗尽或去除，不然会对微生物产生毒害作用且增加反应成本然会对微生物产生毒害作用且增加反应成本 。17Company Logo光光-Fenton 法氧化垃圾渗滤液中有机物的研究法氧化垃圾渗滤液中有机物的研究 18Company Logo渗滤液的定义渗滤液的定义v渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于雨雪淋渗滤液是指垃圾在堆放和
13、填埋过程中由于雨雪淋溶、自身发酵、地表水和地下水浸泡而渗滤出的溶、自身发酵、地表水和地下水浸泡而渗滤出的高浓度有机废水。高浓度有机废水。19Company Logo20Company Logo渗滤液的研究现状渗滤液的研究现状v目前目前, 城市生活垃圾的无害化处理方法主要有城市生活垃圾的无害化处理方法主要有3种种: 卫生填埋、焚烧和堆肥。而垃圾渗滤液的处理是卫生填埋、焚烧和堆肥。而垃圾渗滤液的处理是上述方法中共有的技术难题上述方法中共有的技术难题, 由于生活垃圾渗滤由于生活垃圾渗滤液污染程度高液污染程度高, 成分复杂成分复杂, 变化又大变化又大, 其处理难度其处理难度超过城市生活污水。这是由于渗
14、滤液的产生受多超过城市生活污水。这是由于渗滤液的产生受多因素影响因素影响, 不仅水量变化大不仅水量变化大, 而且变化无规律性而且变化无规律性, 滤液水质的变化受垃圾组成、垃圾含水率、垃圾滤液水质的变化受垃圾组成、垃圾含水率、垃圾体内温度、垃圾填埋时间、填埋规律、填埋工艺、体内温度、垃圾填埋时间、填埋规律、填埋工艺、降雨渗透量等因素的影响降雨渗透量等因素的影响, 尤其是降雨量和填埋尤其是降雨量和填埋时间的影响时间的影响, 所以垃圾渗滤液的处理一直是污染所以垃圾渗滤液的处理一直是污染控制的焦点。控制的焦点。21Company Logo我国渗滤液的处理现状我国渗滤液的处理现状v虽然随着我国经济建设的
15、发展，很多地方都建设虽然随着我国经济建设的发展，很多地方都建设了不同类型的填埋场，城市生活垃圾的处理走向了不同类型的填埋场，城市生活垃圾的处理走向了一个规范化的道路，但据中国城市建设研究院了一个规范化的道路，但据中国城市建设研究院对全国对全国292292家大中型填埋场的调查显示：家大中型填埋场的调查显示：现有填埋现有填埋场中，具有渗滤液处理系统的占场中，具有渗滤液处理系统的占61%61%，其中，其中49%49%的的填埋场进行了渗滤液处理，填埋场进行了渗滤液处理，但没有达到国家的相但没有达到国家的相关排放标准，剩余的关排放标准，剩余的12%12%填埋场进行了处理，出水填埋场进行了处理，出水达到纳
16、管标准。渗滤液的低处理率即有认识问题，达到纳管标准。渗滤液的低处理率即有认识问题，也有技术经济问题，而后者往往占主要作用。应也有技术经济问题，而后者往往占主要作用。应该说，符合该说，符合“高效、低耗高效、低耗”（cost effectivecost effective）处理标准的渗滤液处理工艺的成功研发，是解决处理标准的渗滤液处理工艺的成功研发，是解决我国渗滤液问题的关键所在。我国渗滤液问题的关键所在。22Company Logo原理原理v光光-Fenton氧化处理技术是依据产生羟基自由基氧化处理技术是依据产生羟基自由基降解有机污染物的方法降解有机污染物的方法, 因此能够有效地对垃圾因此能够有
17、效地对垃圾渗滤液的有机物质进行氧化降解。光助渗滤液的有机物质进行氧化降解。光助Fenton 法在处理高浓度、难降解有机废水方面具有很多法在处理高浓度、难降解有机废水方面具有很多的优势的优势, 属于有发展前景的新兴绿色环保处理方属于有发展前景的新兴绿色环保处理方法。法。 23Company Logo基本方法基本方法v研究不同研究不同Fe2+/H2O2、pH值、值、Fenton试剂用量对垃圾渗滤液色度去除率和试剂用量对垃圾渗滤液色度去除率和UV254的影响的影响, 利用光谱扫描研究垃圾渗利用光谱扫描研究垃圾渗滤液在光助滤液在光助Fenton 技术处理前后有机物技术处理前后有机物的变化情况的变化情况
18、24Company LogoH2O2用量用量单因素实验单因素实验 H2O2用量用量OH + H2O2 H2O + HO2-HO2 O2+ H+O2+ H2O2 O2 + 2OH-在当在当H2O2的浓度较低时的浓度较低时，上述反应，上述反应可以忽略，可以忽略，H2O2的浓度增加，的浓度增加，产生的产生的OH量增加，所产生量增加，所产生的的OH全部参加与有机物的反应，全部参加与有机物的反应，垃圾渗滤液垃圾渗滤液COD的去除率的去除率随随H2O2的投加量增加而增大；当的投加量增加而增大；当H2O2的浓度过高时，的浓度过高时，发生以上反应，发生以上反应，而且过量的而且过量的H2O2不但不能通过分解产不
19、但不能通过分解产生更多的自由基，反而开始就把生更多的自由基，反而开始就把Fe2+迅速氧化为迅速氧化为Fe3+，而使氧化在，而使氧化在Fe3+的的催化下进行，这样既消耗了催化下进行，这样既消耗了H2O2又抑制了又抑制了OH的产生，而且的产生，而且过量的过量的H2O2其还原性从一定的其还原性从一定的程度上增加了处理后水样的程度上增加了处理后水样的COD值。值。H2O2最佳用量应为相当于最佳用量应为相当于2倍倍COD的量的量。25Company LogoFe2+用量用量 催化剂（催化剂（Fe2+）浓度：）浓度：Fe2+是催化产生自由基的必要条是催化产生自由基的必要条件，在无件，在无Fe2+条件下，条
20、件下，H2O2难以分解产生自由基，当难以分解产生自由基，当Fe2+的浓度过低时，反应速的浓度过低时，反应速度极慢，因此自由基的产生度极慢，因此自由基的产生量和产生速度小，降解过程量和产生速度小，降解过程受到抑制；当受到抑制；当Fe2+的浓度过的浓度过量时，它还原量时，它还原H2O2且自身氧且自身氧化为化为Fe3+，消耗药剂的同时，消耗药剂的同时增加出水色度。增加出水色度。Fe2+用量用量26Company LogoH2O2 Fe2+投量比投量比 随着随着H2O2 Fe2+投量比的增大，投量比的增大，COD去去除率也随之增加，除率也随之增加，但但H2O2 Fe2+投量比大于投量比大于4:1时，时
21、，COD去去除率并没有太大除率并没有太大的变化，反而有下降的趋势，这与以下两的变化，反而有下降的趋势，这与以下两个副反应有关，即：个副反应有关，即：OH + H2O2 H2O + HO2HO2+OH H2O + O2根据反应方程式，根据反应方程式，H2O2投加量少时，产生投加量少时，产生的的OH也相对少，也相对少，副反应影响不大；副反应影响不大；H2O2投加量多时，消投加量多时，消耗耗OH使使H2O2无效分解，降低了无效分解，降低了COD去除率。去除率。所以，所以，H2O2/Fe2+最佳投量比为最佳投量比为4:1。H2O2Fe2+ 投量比投量比27Company Logo 溶液溶液pH Fen
22、ton试剂是在酸性条件下试剂是在酸性条件下发生作用的，在中性和碱性发生作用的，在中性和碱性的环境中，的环境中，Fe2+不能催化不能催化H2O2分解产生分解产生OH，因为，因为在溶液中的存在形式受制在溶液中的存在形式受制于溶液于溶液pH值，见值，见Fenton氧化反应式。氧化反应式。溶液溶液pH 28Company Logo反应时间反应时间反应时间反应时间 开始时随着反应时间的增加，开始时随着反应时间的增加，COD去除率有明显的提高，去除率有明显的提高，当反应到当反应到120 min时，时，COD的的去除率基本上达到最大去除率基本上达到最大（74.9%），再增加时间，），再增加时间，COD去除率
23、没有多大变化，去除率没有多大变化，甚至出现下降。其原因可能甚至出现下降。其原因可能是一定时间后反应速度降低了是一定时间后反应速度降低了或产生难以被或产生难以被OH氧化的一些氧化的一些中间体。本实验得出中间体。本实验得出Fenton试剂处理垃圾渗滤液最佳时试剂处理垃圾渗滤液最佳时间为间为120 min。29Company Logov有实验结果表明：有实验结果表明：光光-Fenton 技术处理垃圾渗技术处理垃圾渗滤液的优化条件是滤液的优化条件是:Fe2 +/ H2O2为为1/95 ,Fe2+浓度为浓度为5100mmolL- 1 , H2O2 浓度为浓度为5170102 mmolL - 1 ,pH值
24、为值为2.5。光。光-Fenton 技术对垃圾渗滤液中有机物的降解符合技术对垃圾渗滤液中有机物的降解符合二级反应动力学二级反应动力学, 反应方程为反应方程为dc/dt=-4134 c1.92;光谱扫描结果表明光谱扫描结果表明,光助光助Fenton技术对垃圾渗滤液中的有机物有很好的去除效果。技术对垃圾渗滤液中的有机物有很好的去除效果。30Company LogoC.光-Fenton技术的改进31Company Logov虽然光虽然光-Fenton氧化技术具有较好的处理水中难氧化技术具有较好的处理水中难降解有机污染物的效果降解有机污染物的效果, 但在实际应用中存在以但在实际应用中存在以下下不足不足
25、:v利用率不高；利用率不高；v简单的反应必须在的酸性介质中进行简单的反应必须在的酸性介质中进行, 实际废水实际废水的酸度一般超过的酸度一般超过, 极低的酸度要求增加了水处理极低的酸度要求增加了水处理成本。成本。32Company Logov近年来，在光近年来，在光-Fenton氧化技术的改进方法取得氧化技术的改进方法取得一定的进展，比如：不同小分子配体的引人，即一定的进展，比如：不同小分子配体的引人，即在自然水体中存在的各种小分子无机物或有机物在自然水体中存在的各种小分子无机物或有机物可以和铁元素相互作用可以和铁元素相互作用,并对反应产生明显的影响并对反应产生明显的影响近几年研究应用较多的是在
26、反应中引入近几年研究应用较多的是在反应中引入C2O42-；将光助将光助Fenton 氧化技术与光川、电化学、超声氧化技术与光川、电化学、超声波和纳米技术结合波和纳米技术结合, 促使促使OH 大量迅速地产生大量迅速地产生,可可使生物难降解有机物的处理效果更好。使生物难降解有机物的处理效果更好。33Company LogoD.技术展望技术展望34Company Logov光光-Fenton氧化技术是一种新型、高效的氧化技氧化技术是一种新型、高效的氧化技术，该领域的进一步研究对于治理我国日益严重术，该领域的进一步研究对于治理我国日益严重的环境污染问题的环境污染问题, 具有十分重要的理论意义和应具有十
27、分重要的理论意义和应用价值。用价值。35Company Logo36v9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。22.5.3122.5.31Tuesday, May 31, 2022v10、低头要有勇气，抬头要有低气。、低头要有勇气，抬头要有低气。22:26:1122:26:1122:265/31/2022 10:26:11 PMv11、人总是珍惜为得到。、人总是珍惜为得到。22.5.3122:26:1122:26May-2231-May-22v12、人乱于心，不宽余请。、人乱于心，不宽余请。22:26:1122:26:1122:26Tuesday, May
28、 31, 2022v13、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。22.5.3122.5.3122:26:1122:26:11May 31, 2022v14、抱最大的希望，作最大的努力。、抱最大的希望，作最大的努力。2022年年5月月31日星期二日星期二下午下午10时时26分分11秒秒22:26:1122.5.31v15、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。2022年年5月月下午下午10时时26分分22.5.3122:26May 31, 2022v16、业余生活要有意义，不要越轨。、业余生活要有意义，不要越轨。2022年年5月月31日星期二日星期二22时时26分分11秒秒22:26:1131 May 2022v17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午下午10时时26分分11秒秒下午下午10时时26分分22:26:1122.5.31谢谢大家谢谢大家37Company Logo