传统芬顿氧化法虽然效果显著,但其需要在酸性条件下投加大量溶解性亚铁盐和双氧水,反应结束后需加碱中和,产生大量难以处置的含铁化学污泥。非均相芬顿技术旨在将活性铁组分通过负载或掺杂的方式固定在固体催化剂(如活性炭、氧化铝、分子筛)的表面或晶格中,从而实现在较宽的pH范围内催化双氧水分解产生·OH,且催化剂可以回收重复使用,从源头上避免铁泥的产生。将其与流化床反应器相结合,更是如虎添翼。
在流化床非均相芬顿反应器中,高速上升的水流和气流使负载型铁基催化剂颗粒在整个反应器空间内呈流化态。这种剧烈的紊动状态,极大地强化了废水中有机物向催化剂表面的传质速率,并促进了催化剂表面产生的·OH与污染物的接触反应,从而显著提高了双氧水的利用效率。同时,颗粒之间的频繁碰撞和摩擦,可以原位剥离催化剂表面不断生成的有机-铁络合物钝化层,保持活性位点的清洁和持续暴露。与传统固定床相比,流化床的传质系数提高了数倍,因此处理效率更高,反应器体积可以更小。
然而,催化剂的长期机械稳定性是流化床非均相芬顿工程化必须面对的挑战。连续运行数月后,需要对反应器内的催化剂进行取样分析。实验表明,由于颗粒间持续碰撞,催化剂会有一定程度的磨损,产生一些细小粉末,导致催化剂的平均粒径缓慢下降。同时,活性铁组分也会以极慢的速率微量溶出,导致活性位点数量减少。这些磨损产生的微粉和溶出的铁离子,会随出水流失,成为出水悬浮物和色度的来源之一。因此,开发兼具高催化活性与高机械强度的催化剂是关键。此外,需要定期补充少量新鲜催化剂,以补偿磨损和活性组分的流失,维持反应器内恒定的处理效能。总体而言,流化床非均相芬顿技术相比于传统芬顿,其铁泥产生量可削减90%以上,是清洁化工业废水深度氧化的重要方向。
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