光Fenton 處理法對高濃度廢水介紹

一、Fenton 處理法介紹

(1) Fenton 處理法目地是製造  [‧OH ]氫氧自由基 (不是氫氧離子 OH- )。

(2) [‧OH ]氫氧自由基的特色

目前僅次於氟但比雙氧水、 漂白水更強氧化力的物質 

1. 對處理的污染物沒有選擇性
2. 反應速度快
3. 氫氧自由基純在生命週期短

(3)Fenton 處理法的特色

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二、Fenton 處理法家族

(1)傳統Fenton法

Fe ²⁺ + H₂O₂        Fe³⁺ + OH- + ‧OH  k = 69 (s-1 or mol-1 L s-1)

Fe³⁺   +  H₂O₂                   Fe ²⁺ + ．HO₂  + H⁺    k1 = 1.91 x 107, k-1 = 1 x 10¹⁰

(2)Fenton Like  (異相反應)法

如 O3 + UV         O2 +  ‧OH (操作費轉一致電費)

TiO2 + UV + H2O

(3)光分騰PhotoFenton法

Fe ²⁺ + H₂O₂       Fe³⁺ + OH- + ‧OH  k = 69 (s-1 or mol-1 L s-1)

Fe³⁺ + H2O +UV           Fe²⁺ + H⁺ +‧OH

k1 = 1.91 x 10⁷, k-1 = 1 x 10¹⁰

H₂O₂ +UV            2‧OH

RH + UV        R + H

由於三價鐵離子經光源照射可將水體中的離子接收還原成二價鐵離子因此減少亞鐵離子的用量致汙泥減少、 效率提高

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(4)電分騰Electro fenton

例如、EF-H2O2型式

Anode        H2O      2H ⁺ + 1/2O2  + 2e-

               H₂O      ‧OH + H+ +e-

               Fe²⁺      Fe³⁺ + e-

Anode 電極型式:SnO2、 PbO2、 BDD 、Ti net doped RuO 、Pt

Cathode      Fe³⁺ +  e-             Fe²⁺

            H₂O + e-          H₂ +  OH-

Cathode電極型式: Graphite Felt  、stainsteel carbon nanotubes (CP-CNT高導體 高比表面積))carbon based materials—for example: graphite [19-20], reticulated vitreous carbon [21], nitrogen functionalized carbon nanotube [22], carbon sponge [23], activated carbon fiber [24] or granular activated carbon [25] and gas diffusion electrodes [26].

Fe ²⁺ + H₂O₂       Fe³⁺ + OH- + ‧OH

H2O2 需另外添加 以微量反應到流程結束， 但雙氧水量和傳統分騰一樣。

四、光FENTON 反應介紹

   傳統的FENTON氧化法是針對高濃度廢水很好的處理方法，其主要作用方式(反應式參考”二-FENTON法”) 利用硫酸亞鐵及雙氧水的作用產生具強氧化分解力的自由基(OH· )將廢水中雙鍵、三鍵或環狀化合物給予斷鍵，進而將汙染物氧化成易分解的產物。但反應水體需處在 PH 在 3左右的環境才能讓上述的處理效果達到最佳狀態。反應後須將酸性調回至 PH > 9 結束反應。 最後析出的汙泥進入沉澱槽沉澱，上澄液流至下一單元做最終處理。 但此方法需投入大量的亞鐵離子於是會析出太多汙泥，以致增加汙泥處理的問題。因為 OH·自由基存在的時間非常短暫所以反應為求效果會將反應參與的作用的藥物投入最大，於是加藥量會比實際需求高出甚多造成操作成本過高。

     於是後續研究者陸續推出不同 FENTON改良法來解決傳統的FENTON問題， 本公司採用的是 “光芬騰-PHOTOFENTON” 是FENTON氧化法的一種新式改良，“光芬騰-PHOTOFENTON”作用差異為增加紫外線藉由光電效應還原經反應後的三價鐵離子水合物成二價鐵離子水合物 其簡單反應式如下:  

4.1 、Fe 2⁺ + H2O2  --------à     Fe3⁺ + OH- + ‧OH

4.2 、Fe3⁺ + H2O +UV -----------à  Fe2⁺ + H+ + ‧OH

4.3 、H2O2 +UV  -----------------à   2‧OH

4.4 、RH + UV --------------à       R + H 

結論

    經由上述實驗操作結果可確認  “光芬騰-PHOTOFENTON”去除COD為1萬以下廢水效果會有 8 成左右的處理效率 ，可見“光芬騰 -PHOTOFENTON”處理方式有很明顯的破壞作用。高級氧化對用藥成本是並不便宜的，但因為去除 COD 愈高用藥一定會高，不能用處理 COD 只有 6-700mg/L 的情況來比較。但高級氧化不一定要處理達高效率只要將生物不易分解的物質將其斷鍵以求後續接下來做生物單元進一步處理就可，由於經斷鍵後進生物單元多為可食物質因 此生物處理效率更好， 也就是說我們僅需使用處理 30-40% 的用藥量使 bod/cod 的 比值增加就可讓此套流程達到最佳處理效果同時又節省操作運轉費。