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Fenton 處理法家族介紹

一、Fenton 處理法介紹 Fenton 處理法是目前針對高汙染有機化合物很理想的處理方法 對於難分解的表面處理廢水也是很理想的處理發法 因為它如此效率好所以介紹給有心這方面研究的開發者

(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

i. 目前僅次於氟但比雙氧水、 漂白水更強氧化力的物質 。見表1.1 氧化力電位表

ii. 對處理的污染物沒有選擇性
iii. 反應速度快
iv. 生命週期短

(3)Fenton 處理法的特色
i. 反應過程中可以將污染物徹底無害化。
ii. 氧化劑H2O2參加反應後剩餘物可以自行分解,不會殘留。
iii. 同時鐵離子水解而產生的鐵的氫氧化物是良好的絮凝劑,可優化處理結果。
iv. 運行過程穩定可靠,且不需要特別的維護,操作簡單易行。
v. 反應必須在酸性環境下進行(pH值在3~5之間為佳)。
vi. 中和溶液需要消耗大量的酸鹼液。
vii. H2O2利用率較低,對某些有機物礦化不充分。
viii. H2O2價格較高,單獨使用Fenton 試劑往往成本較高。
ix. 反應中產生的鐵泥若處置不當易產生二次污染等。

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。
(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。

三、Fenton法影響的條件
(1)H2O2添加量
(2) pH值
(3) Fe2+FeSO4添加量
(4)反應時間   ㄧ般來說,剛開始加入H2O2時,COD的去除率隨時間的延長而增大,當時間超過某個值以後,COD去除率基本維持穩定,但對處理廢水濃度高時因作用時間會變長所以反應時間會長達12 – 36 小時不等。
(5)反應溫度   有研究發現,在利用Fenton法處理垃圾滲濾液時,溫度從15℃升高到35℃後,COD的去除率可以增加10% 以上。溫度升高,COD 去除率增加,表明‧OH 的生成反應應當是吸熱的。另有研究指出當溫度低於80℃時,溫度對COD的去除具有正作用,當溫度高於80℃時,則不利於COD 的去除,其原因可能是對Fenton試劑反應體系來說,適當的溫度啟動了自由基,而過高的溫度就會出現H2O2分解為O2和H2O。
(6)參與水分子的比例 由於分騰反應進行逆反應進行時需要水分子的參與,水分子可提供價電子給3價鐵離子若是沒有足夠的水分子將不能順利將3價鐵離子還原成2價鐵離子如下述反應式
Fe3+ + H2O +UV           Fe2+ + H+ +‧OH
同時在這種狀態下的溶液反應不均勻會常有突沸發生,於02所作的COD:BOD比值確實有明顯上升驗證對生物有較佳狀態最終結果顯示這套處理方式是有理想的處理效果。
附註: 原液稀釋比對於油脂分解會有明顯的影響[‧OH ]氫氧自由基藉分散的水體可較容易分離水中油脂物質這些物質於反應後殘留的情況如下面附圖-1 、-2即可看出
註圖-1仍存在大量的油脂物質需處理而附註圖-2 幾乎可直接排入生物處理單元。