フェントン酸化プロセスは、難分解性有機廃水を処理するための中核となる高度な酸化技術です。第一鉄イオン触媒を利用して、過酸化水素からその場で強力な酸化性ヒドロキシルラジカルを生成し、毒性が高く生分解性の低い有機汚染物質を効率的に分解します。廃水の生分解性を向上させる前処理プロセスとして、または廃液が排出基準を確実に満たすことを保証する高度な処理プロセスとして使用できます。このプロセスには固定された普遍的な値はなく、基本的なパラメーター範囲のみがあります。最適化には小規模な水質検査が必要です。-これは、化学、製薬、印刷と染色、埋め立て浸出水、紙パルプ製造の 5 つの典型的な産業シナリオに広く適用できます。以下は、改訂された完全な実践ガイドです。
I. 標準的なプロセス フロー
フェントン反応プロセスは、酸調整、触媒混合、酸化反応、中和と脱気、固液分離、有害廃棄物の処理という 6 つの主要な段階で構成されています。{0}すべてのパラメータは、嫌気性および高度な酸化工学仕様に準拠しています。
1. 酸調整段階: 廃水の pH を反応最適範囲の 3.0 ～ 4.0 に調整するために、希硫酸を添加します。機械的または油圧による撹拌を少なくとも 2 分間使用します。オンライン pH メーターと定量ポンプは、自動で正確な酸制御を実現し、局所的な過剰な酸性または過剰なアルカリ性を防止します。-
2. 触媒混合段階: 硫酸第一鉄溶液を触媒として添加します。溶液濃度は 30% 未満、低温条件下では 20% 未満に制御されます。-。速度勾配 G 値を 500 ～ 1000 秒⁻¹ に制御した強力撹拌モードを使用し、廃水中の第一鉄イオンを完全かつ均一に分散させるために少なくとも 2 分間撹拌します。
3. 酸化反応段階: 30% 工業グレードの過酸化水素ストック溶液を、事前に希釈または溶解せずに直接添加します。-試薬比率は水質に基づいて決定されます。酸化段階では弱い撹拌モードを使用し、速度勾配G値を50～70秒-1に制御し、汚泥の流動状態のみを維持してヒドロキシルラジカルの損失を防ぎます。水圧保持時間は前処理で 4 ～ 8 時間、後処理で 2 ～ 6 時間です。反応タンクは 316L ステンレス鋼製で、内壁には腐食防止のためガラスフレークコーティングが施されています。
4. 中和および脱気段階: 水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウム溶液を添加して、廃水の pH を 7.0-8.0 に調整します。廃水は十分に撹拌された後、脱気タンクに入り、反応中に発生した溶存酸素が除去されます。脱気タンク内の水力滞留時間は 15 分以上、ガス-対水の比率は 5:1 以上です。
5. 固体-液体の分離: 沈降タンクまたは浮選タンクを使用して、上水から鉄スラッジを分離します。分離効果が不十分な場合は、ポリ塩化アルミニウム 100 ～ 200 mg/L、ポリアクリルアミド 3 ～ 5 mg/L を添加すると浮遊物質や鉄スラッジの沈降効果が高まります。
6. 鉄スラッジの処分: フェントン反応によって生成される鉄スラッジは、HW22 有害廃棄物として分類されます。プレートおよびフレーム フィルター プレスで濃縮、脱水し、資格のある有害廃棄物処理ユニットによって規制に従って廃棄する必要があります。不用意な投棄や排出は固く禁止されています。
II. 5 つの典型的なアプリケーション シナリオに正確に適合したソリューション
1. 化学排水（フェノール、ベンゼン、ハロゲン化炭化水素排水）
この廃水の主な特徴は、フェノール、ベンゼン系化合物、ハロゲン化炭化水素、その他の難燃性有機物を含む COD 濃度 1000-5000 mg/L です。生分解性比は0.2未満であり、生物毒性が非常に高い。直接生物学的処理では基準を満たすことができません。このプロセスは前処理として位置付けられており、生分解性比を 0.3 以上に高めることを主な目的としています。最適なパラメーターは、過酸化水素と COD の質量比が 1.5 ～ 2.0:1、過酸化水素と第一鉄イオンの質量比が 3 ～ 5:1、水圧滞留時間が 4 ～ 6 時間、反応 pH が 3.0 ～ 3.5 です。操作上の重要なポイントは次のとおりです。フェノール廃水の場合、局所的な過剰酸化を避けるために過酸化水素を 2 ～ 3 段階で添加する必要があります。ハロゲン化炭化水素廃水の場合、第一鉄イオンの投与量を適切に増加して、触媒酸化効果を高めることができます。
2. 製薬排水（抗生物質、製薬中間排水）
この廃水の主要な特徴は、その複雑な組成、COD 濃度が 800 ～ 3000 mg/L で変動が大きいこと、抗生物質、複素環式有機化合物、非常に高い生体毒性、および塩化物イオンや硫酸イオンなどの無機イオンが多量に含まれていることです。このプロセスは、前処理と高度な処理のデュアルモード アプローチとして位置づけられています。-前処理により生分解性が向上し、高度な処理により生物排水から残留汚染物質が除去されます。適切なパラメータは次のとおりです。前処理段階では、過酸化水素と COD の質量比は 1.2 ～ 1.8:1、過酸化水素と第一鉄イオンの質量比は 4 ～ 6:1、水圧保持時間は 3 ～ 5 時間です。高度な処理段階では、過酸化水素と COD の質量比は 1.0 ～ 1.5:1、水圧保持時間は 2 ～ 3 時間、反応 pH は 3.0 ～ 3.5 です。実際の重要なポイントは次のとおりです。無機イオン含有量が高い廃水の場合、反応に対するイオンの阻害効果を打ち消すために、過酸化水素の投与量を 10% ～ 20% 増やす必要があります。前処理の後、廃水の生分解性をさらに向上させるために、加水分解酸性化プロセスに従う必要があります。
3. 染色および印刷廃水（アゾおよびアントラキノン染料廃水）
この廃水の主な特徴は、数百倍から数千倍に達する非常に高い色濃度、アゾ染料とアントラキノン染料を含むこと、COD 濃度が 300 ～ 1000 mg/L、生分解性比が 0.25 未満であることです。色の濃さは中心的な制御指標です。廃水によっては界面活性剤が含まれており、凝集が困難になります。このプロセスは高度な処理として位置付けられており、生物廃水から残留色と COD を除去して廃液が基準を確実に満たすことを主な目的としています。適切なパラメータは、過酸化水素対ＣＯＤの質量比１．０〜１．５：１、過酸化水素対第一鉄イオンの質量比５〜８：１、水圧保持時間２〜４時間、および反応ｐＨ３．５〜４．０である。実際の重要なポイントには、凝集と脱色を促進するために第一鉄イオンの投与量を適切に増やすことが含まれます。界面活性剤を含む廃水の場合、中和段階でポリ塩化アルミニウムの投与量を増やすと、固体-の分離効率が向上します。
4. 埋立地浸出水（中期から後期の埋立地および焼却施設浸出水）
この廃水の中核的な特徴は、COD 濃度 800 ～ 5000 mg/L、生分解性比 0.2 未満、フミン酸、フルボ酸、その他の難分解性有機物の存在、およびアンモニア態窒素含有量が高く、典型的な高難度廃水です。-このプロセスは、MBR、A/O、および排水中の残留汚染物質を除去する他の生物学的プロセスと統合された高度な処理として位置付けられています。最適なパラメーターは、過酸化水素と COD の質量比が 1.8 ～ 2.0:1、過酸化水素と第一鉄イオンの質量比が 2 ～ 4:1、水圧滞留時間が 6 ～ 8 時間、反応 pH が 3.0 ～ 3.5 です。実際的な重要なポイントには、溶存酸素が後続のフィルタープロセスに影響を与えるのを防ぐために脱気プロセスを強化することが含まれます。排水 COD を許容限界までさらに低減するには、フェントン + 通気生物学的フィルターの組み合わせプロセスが推奨されます。
5. パルプおよび紙廃水（中間水および放水）
この廃水の主な特徴は、リグニン、セルロース、その他の難分解性有機物の存在です。 COD濃度300～800mg/L。ハイカラー。浮遊固形物含有量が高い。直接排出すると水質汚染を引き起こしやすい。このプロセスは、前処理または高度な処理のいずれかになります。中間水の前処理により生分解性が向上し、放水の高度な処理により色と残留 COD が除去されます。適切なパラメータは、過酸化水素と COD の質量比が 1.0 ～ 1.5:1、過酸化水素と第一鉄イオンの質量比が 4 ～ 6:1、および水圧保持時間が 3 ～ 4 時間です。実際の重要なポイントには、懸濁物質を除去し、鉄イオンが吸着されて無効になるのを防ぐために、プロセスのフロントエンドに凝集および沈降の前処理を追加することが含まれます。試薬コストとスラッジ生成に関する厳しい要件があるプロジェクトの場合、流動床フェントンプロセスを選択すると、試薬の利用率が向上し、スラッジ生成が削減されます。
Ⅲ．すべてのシナリオのコア コントロール ポイント
1. 正確な pH 制御: 酸化反応段階では、pH を 3.0 ～ 4.0 の間に制御する必要があります。 pH 3.0 未満では第一鉄イオンの触媒サイクルが阻害され、pH 4.0 を超えると第一鉄イオンが加水分解して水酸化物沈殿物が形成され、触媒効果が失われます。放電要件を満たすために、中和段階中の pH は 7.0 ～ 8.0 の間に厳密に制御する必要があります。
2. 段階的撹拌制御: 試薬の均一な分散を確保するために、試薬混合段階では強力な撹拌が使用されます。酸化反応段階では、ヒドロキシルラジカルを損傷して処理効率を低下させる可能性のある強い撹拌を避け、汚泥の流動化のみを維持するために弱撹拌を行います。
3. 試薬の添加基準: 過酸化水素は、溶解や希釈を必要とせず、30% 工業用原液を使用して直接添加されます。硫酸第一鉄は調製されてすぐに使用され、第二鉄イオンへの酸化を防ぐために密閉容器に保管されるため、従来のフェントンプロセスでの触媒活性の完全な損失が回避されます。
4. 妨害イオンの制御: 高濃度の塩化物、硫酸、およびリン酸イオンは反応を阻害します。小規模なテストでは試薬の投与量を事前に調整するか、干渉イオンを除去する前処理プロセスを追加する必要があります。-
5. 反応温度制御: 最適な反応温度は 25 ～ 35 度です。温度が 40 度を超えると、過酸化水素の自然分解が加速され、酸化効率が大幅に低下します。したがって、温度管理が重要です。
IV.試薬の保管および機器の選択要件
試薬の保管に関しては、過酸化水素は光や熱を避けて密封容器に保管し、熱源や引火性・爆発性物質から遠ざけて保管する必要があります。硫酸第一鉄は、防湿、酸化-しない方法で保管する必要があります。酸試薬とアルカリ試薬は、混合や潜在的な安全反応を防ぐために別々に保管する必要があります。機器の選択に関しては、反応タンクはガラスフレーク防食コーティングを施した 316L ステンレス鋼を使用しており、強い酸化環境に適しています。-オンライン pH メーター、高精度計量ポンプ、流量計が装備されており、試薬の自動かつ正確な投与を実現します。-スラッジ濃縮タンクとプレートアンドフレームフィルタープレスを備えており、鉄スラッジの脱水と一時保管を完了し、有害廃棄物の前処理の要件を満たしています。{6}}
V. 一般的な異常な問題と解決策
処理効率が低い主な原因は、pH 範囲からの逸脱、酸化セクションでの過度の撹拌、試薬比率の不均衡などです。解決策は、pH メーターを校正し、酸化セクションの撹拌強度を下げ、小規模なテストを通じて試薬比率を再最適化することです。-鉄スラッジの沈降不良の主な原因は、フロントエンドの過剰な懸濁物質または不適切な凝集剤の添加です。解決策としては、浮遊物質を除去するための前処理の強化、ポリアクリルアミドの添加量や添加方法の調整などが挙げられる。排水中に過酸化水素が残留する主な理由は、過剰な酸化剤の添加です。解決策は、過酸化水素の投与量を減らし、酸化反応時間を適切に延長することです。
VI.プロジェクトの受け入れ基準
前処理の合格条件は、廃水生分解性比0.3以上、COD除去率40～60％です。高度な処理の受け入れ要件は次のとおりです。排水の COD、色、pH 値が対応する業界の排出基準を満たしていること。懸濁物質濃度 30mg/L 以下。鉄スラッジをロスなく完全に分離します。コンプライアンスの受け入れ要件は次のとおりです。 有害な廃鉄スラッジの完全な処分記録。安定した設備稼働。正確で信頼性の高い自動投与およびパラメータ監視システム。