1、电Fent on法的类型与机理
1.1 EF-Fenton法
该法又称阴极电解Fenton法,其基本原理是O2在阴极还原为H2O2,并与Fe2+发生Fenton反应生成OH·,OH·继而将有机物氧化为CO2和H2O,或者小分子有机物。
O2+2e+2H+→H2O2 (1)
H2O2+Fe2+→Fe3++OH-+OH· (2)
OH·+有机物→CO2+H2O+小分子有机物 (3)
反应(1)中的O2可以通过外界曝气的方式引入至电解反应器的阴极,也可利用阳极依据反应式(4)或(5)析出的O2。
2H2O→O2+4H++4e(酸性介质) (4)
4OH-→O2+2H2O+4e(碱性介质) (5)
该法中Fe2+一般通过外部添加,反应开始后Fe2+会被迅速氧化为Fe3+,但Fe3+在直流电场的作用下迁移至阴极表面,并被重新还原为Fe2+,而H2O2可在阴极连续产生,这样就保证了Fenton反应持续发生。EF-Fenton法中阳极通常为不溶性阳极材料,如石墨、钛基氧化物电极或其他贵金属材料,阴极通常为石墨、活性炭纤维等。当电化学反应器的阳极采用不溶性阳极材料时,阳极表面就可以产生OH·,反应式如下:
2H2O-2e→2OH·+2H+(酸性介质) (6)
OH--e→2OH·(碱性介质) (7)
因此在EF-Fenton法中不但可通过Fenton反应产生OH·,阳极亦可产生OH·,这即是EF-Fenton法可高效降解有机物的原因。
1.2 EF-Feox法
又称牺牲阳极法,以铁作为阳极材料,电解时铁被氧化溶解生成Fe2+,与外部添加的H2O2或O2在阴极还原产生的H2O2发生Fenton反应生成OH·。在EF-Fenton法和EF-Feox法中,反应过程结束后,水中的铁离子必须被去除。一般通过调节pH值使铁离子形成沉淀。铁离子沉淀过程可起到絮凝去除以胶体形式存在的有机物及部分大分子有机物的作用。该法中由于阳极材料的溶解,因此需要经常更换阳极材料;H2O2由外部添加,故试剂费用较高。
1.3 FSR法
FSR法即Fenton污泥循环系统,又称Fe3+循环法。该系统包括一个传统的Fenton反应器和一个将Fe3+转化为Fe2+的电化学反应器。在Fenton反应器内Fe2+转化为Fe3+,在电化学反应器内Fe3+被还原为Fe2+,然后重新进入Fenton反应器再次利用。该工艺可以实现铁盐的循环使用,避免了大量含铁污泥的处置问题。另外,EF-Fenton法和EF-Feox法同样也可通过增加一个电化学反应器的方式实现铁离子的循环。利用上述各种电Fenton法处理含有颗粒物或胶体物废水时,由于铁盐的存在,水中胶体脱稳,且少量铁盐形成沉淀起到絮凝作用,造成部分胶体态有机物和颗粒态有机物被吸附或网捕。电解产生的气体(H2、Cl2、O2等)与吸附有机物的沉淀结合,在浮力作用下,上升到液面,从而将部分胶体态有机物和颗粒态有机物从水中清除。
2、与其他高级氧化技术的特点比较
湿式氧化(WAO)方法是在高温(150～350℃)、高压(0.5～20 M·Pa)下利用O2或空气作为氧化剂,氧化水中呈溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物,达到去除污染物的目的。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。超临界水氧化技术具有反应速度快、氧化效率高的特点,但是超临界技术的发展还不够完善,对反应条件和设备的要求也过高。与湿式氧化和超临界氧化相比,电Fenton法可以在常温常压下进行,且有机物矿化度更高;光化学(催化)氧化就是氧化剂在光的辐射下产生氧化能力较强的自由基,通过这些强氧化性的自由基来氧化污染物的过程,根据氧化剂的不同光氧化可分为UV/H2O2、UV/O3、UV/H2O2/O3等系统。光化学(催化)氧化技术具有操作简单、反应条件温和的特点,但是也存在光能的利用率低以及催化剂价格昂贵的缺点;与普通Femon法比较,电Femon法虽然增加了能耗,但有机物氧化效率得到提高,且可节约试剂费用;与普通的电化学氧化相比,电Femon法由于铁盐的引入,使电导率提高,因此不但有机物降解效率大幅度提高,且更节省电耗。随着高性能电催化材料和电化学反应器的不断发展,工艺研究的日臻完善,电Femon法用于有机物降解有着良好的前景。