芬顿反应器

 
 
 
  
    流化床芬顿罐原理于1894 年由H.J.Fenton 发现当 H2O2 及Fe2+共同存在时，其分解 tartaric acid 能力高于两者单独存在时，直到1934 年由Haber 及Weiss 氏证实Fenton 可用来氧化有机化合物（Carberry and Yang, 1994）。
      Fenton法是过氧化氢与亚铁离子与酸性条件下，生成具强氧化能力的氢氧自由基（OH?）氧化有机物，亚铁离子被氧化成三价铁离子，故Fenton 程序同时兼具氢氧自由基氧化与铁盐混凝双重功能，其反应机制如下：
Fe2+ + H2O2→Fe3+ + OH•+ OH-
(1) Fe2+ + OH•→Fe3+ + OH-
(2) OH•+ H2O2→HO2•+ H2O
(3) Fe2+ + HO2•→Fe(HO2)2+
(4) Fe3+ +HO2•→Fe2+ + O2 + H+
(5) HO2•→O2•- + H+
(6) Fe3+ + O2•- →Fe2+ + O2
(7) HO2•+ HO2•→H2O2 + O2
(8) OH•+ HO2•→H2O + O2
(9) OH•+ O2•-→OH- + O2
(10) OH•+ OH•→H2O2 (11)
     当Fe2+于H2O2 与酸性条件（低pH）反应时，产生具有强氧化能力氢氧化氢自由基（OH?），（OH?）氧化能力仅次于氟，其标准还原电位E0=2.80 volt。Fe2+被H2O2 氧化成Fe3+，Fe2+与Fe3+铁盐为化学混凝常用之铁盐混凝剂，此外Fe3+会与H2O2 反应，产生•HO2，Fe2+亦会与•OH反应。
   流化床芬顿罐 废水处理时，水中会含有一种以上有机物，当有机物存在时，其氧化机制可分为两种： 1、氢氧自由基的加成；2、氢原子夺取。方程式中R、RHn 及RH?n-1分别为参与反应有机物及中间产物，R’为最终产物。 OH?+ R → （OH?）→ RHn OH?+ RHn → （RH?n-1） + H2O→ R’ Fenton 混凝则为亚铁离子反应产生三价铁离子与氢氧根离子产生， [Fe(H2O)6]3+ + H2O → [Fe(H2O)5OH]2+ + H3O+ [Fe(H2O)5OH]2+ + H2O →[Fe(H2O)4(OH)2]+ + H3O+ 在pH 为3-7 的条件下，上述生成物会产生如下反应 2 [Fe(H2O)5OH]2+ → [Fe2(H2O)8(OH)2]4+ + 2H2O [Fe2(H2O)8(OH)2]4+ + H2O →[Fe(H2O)7(OH)3]3+ + H3O+ [Fe2(H2O)7(OH)3]3++[Fe(H2O)5OH]2+→[Fe(H2O)7(OH)3]3++H2O+ 。
     铁氧体法为目前有效降低芬顿处理费用的方法之一，其于1959年Feitkenecht提出有关Fe(OH)2悬浮液通过空气氧化形成铁氧体报告。通过文献可以知道铁氧体可以有效降低芬顿反应第6步反应势能；和降低第5步反应，从而降低双氧水的用量。
     流化床芬顿罐是利用流化床的方式使Fenton 法所产生之三价铁大部分得意结晶或沉淀附着在流化床的填料上，是一项结合了化学氧化（Fenton 法）、异相化学氧化（H2O2/Fenton）、流化床结晶及Fenton的还原溶解等功能的新技术。
     流化床芬顿罐这项技术将传统的Fenton 氧化法作了大幅度的改良，如此可减少Fenton 法大量的化学污泥量，同时填料表面形成的铁氧体具有异相催化的效果，而流化床的方式亦促进了化学反应及传质效率，使COD去除率提高。
     废水进入流化床中与亚铁离子和双氧水进行反应，然后通过水流分布器将废水，亚铁的混合液进行均匀布水，布水完成后流化床内的催化填料表面附着的铁氧体降低双氧水的分解势能，使双氧水氧化的起始吉布斯自由能降低，从而减少双氧水氧化亚铁离子成为三价铁离子的量，进而减少加入双氧水无效分解，提高双氧水的利用率。双氧水添加量进行减少了，运行费用可以大幅降低，根据相关工程经验流化床芬顿反应器可以比其他芬顿反应器的运行费用降低至少1/3以上。
     流化床芬顿罐由于填料处于流化状态，使双氧水产生的氢氧自由基与废水中的有机物几率大大增加，缩短反应时间，降低处理设施的容积，从而降低处理设施的造价，根据相关工程比较处理设备造价可以降低1/4以上。流化床芬顿反应器内不需要外加动力进行搅拌，可以减少双氧水因剧烈搅动造成的无效分解，降低双氧水用量，降低运行费用；不需要外加动力搅拌也可以降低空气中氧气对废水的复氧，减少亚铁的无效氧化，降低运行费用；无动力搅拌，可以降低系统电耗，降低运行费用。
     流化床芬顿反应器采用特殊结构制作，可以增加各物质之间的传质效率，缩短反应时间及降低药品消耗，降低运行费用。