芬頓反應(yīng)器

 
 
 
  
    流化床芬頓罐原理于1894 年由H.J.Fenton 發(fā)現(xiàn)當(dāng) H2O2 及Fe2+共同存在時，其分解 tartaric acid 能力高于兩者單獨存在時，直到1934 年由Haber 及Weiss 氏證實Fenton 可用來氧化有機化合物（Carberry and Yang, 1994）。
      Fenton法是過氧化氫與亞鐵離子與酸性條件下，生成具強氧化能力的氫氧自由基（OH?）氧化有機物，亞鐵離子被氧化成三價鐵離子，故Fenton 程序同時兼具氫氧自由基氧化與鐵鹽混凝雙重功能，其反應(yīng)機制如下：
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)
     當(dāng)Fe2+于H2O2 與酸性條件（低pH）反應(yīng)時，產(chǎn)生具有強氧化能力氫氧化氫自由基（OH?），（OH?）氧化能力僅次于氟，其標(biāo)準(zhǔn)還原電位E0=2.80 volt。Fe2+被H2O2 氧化成Fe3+，F(xiàn)e2+與Fe3+鐵鹽為化學(xué)混凝常用之鐵鹽混凝劑，此外Fe3+會與H2O2 反應(yīng)，產(chǎn)生•HO2，F(xiàn)e2+亦會與•OH反應(yīng)。
   流化床芬頓罐 廢水處理時，水中會含有一種以上有機物，當(dāng)有機物存在時，其氧化機制可分為兩種： 1、氫氧自由基的加成；2、氫原子奪取。方程式中R、RHn 及RH?n-1分別為參與反應(yīng)有機物及中間產(chǎn)物，R’為最終產(chǎn)物。 OH?+ R → （OH?）→ RHn OH?+ RHn → （RH?n-1） + H2O→ R’ Fenton 混凝則為亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生三價鐵離子與氫氧根離子產(chǎn)生， [Fe(H2O)6]3+ + H2O → [Fe(H2O)5OH]2+ + H3O+ [Fe(H2O)5OH]2+ + H2O →[Fe(H2O)4(OH)2]+ + H3O+ 在pH 為3-7 的條件下，上述生成物會產(chǎn)生如下反應(yīng) 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+ 。
     鐵氧體法為目前有效降低芬頓處理費用的方法之一，其于1959年Feitkenecht提出有關(guān)Fe(OH)2懸浮液通過空氣氧化形成鐵氧體報告。通過文獻可以知道鐵氧體可以有效降低芬頓反應(yīng)第6步反應(yīng)勢能；和降低第5步反應(yīng)，從而降低雙氧水的用量。
     流化床芬頓罐是利用流化床的方式使Fenton 法所產(chǎn)生之三價鐵大部分得意結(jié)晶或沉淀附著在流化床的填料上，是一項結(jié)合了化學(xué)氧化（Fenton 法）、異相化學(xué)氧化（H2O2/Fenton）、流化床結(jié)晶及Fenton的還原溶解等功能的新技術(shù)。
     流化床芬頓罐這項技術(shù)將傳統(tǒng)的Fenton 氧化法作了大幅度的改良，如此可減少Fenton 法大量的化學(xué)污泥量，同時填料表面形成的鐵氧體具有異相催化的效果，而流化床的方式亦促進了化學(xué)反應(yīng)及傳質(zhì)效率，使COD去除率提高。
     廢水進入流化床中與亞鐵離子和雙氧水進行反應(yīng)，然后通過水流分布器將廢水，亞鐵的混合液進行均勻布水，布水完成后流化床內(nèi)的催化填料表面附著的鐵氧體降低雙氧水的分解勢能，使雙氧水氧化的起始吉布斯自由能降低，從而減少雙氧水氧化亞鐵離子成為三價鐵離子的量，進而減少加入雙氧水無效分解，提高雙氧水的利用率。雙氧水添加量進行減少了，運行費用可以大幅降低，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗流化床芬頓反應(yīng)器可以比其他芬頓反應(yīng)器的運行費用降低至少1/3以上。
     流化床芬頓罐由于填料處于流化狀態(tài)，使雙氧水產(chǎn)生的氫氧自由基與廢水中的有機物幾率大大增加，縮短反應(yīng)時間，降低處理設(shè)施的容積，從而降低處理設(shè)施的造價，根據(jù)相關(guān)工程比較處理設(shè)備造價可以降低1/4以上。流化床芬頓反應(yīng)器內(nèi)不需要外加動力進行攪拌，可以減少雙氧水因劇烈攪動造成的無效分解，降低雙氧水用量，降低運行費用；不需要外加動力攪拌也可以降低空氣中氧氣對廢水的復(fù)氧，減少亞鐵的無效氧化，降低運行費用；無動力攪拌，可以降低系統(tǒng)電耗，降低運行費用。
     流化床芬頓反應(yīng)器采用特殊結(jié)構(gòu)制作，可以增加各物質(zhì)之間的傳質(zhì)效率，縮短反應(yīng)時間及降低藥品消耗，降低運行費用。