Elektro-Fenton-Verfahren zur Behandlung von Galvanikabwasser

　　1 Einführung in die Elektro-Fenton-Methode

　　Das Konzept der fortgeschrittenen Oxidationsverfahren wurde erstmals 1987 von Glaze et al. vorgeschlagen und zeichnet sich durch die Erzeugung von Hydroxylradikalen (·OH) aus. Die in den letzten Jahren entwickelten fortgeschrittenen Oxidationsverfahren (Advanced Oxidation Processes, AOPs), die auf der Fenton-Reaktion basieren, umfassen hauptsächlich die Fenton-Methode und die Fenton-ähnliche Methode. Die traditionelle Fenton-Reaktion kann keine Eisenkreislaufführung erreichen, hat einen engen pH-Bereich (optimal 2,0-3,5), und die Eisenionen selbst fangen freie Radikale ab, was zu einer geringen Ausnutzung von Wasserstoffperoxid führt und ihre Anwendung in der Wasseraufbereitung einschränkt. Da Hydroxylradikale eine kurze Lebensdauer haben, werden sie oft unter der Unterstützung äußerer Bedingungen wie UV-Licht oder elektrischen Feldern verstärkt, um ihre Behandlungswirkung zu verbessern und ihre Anwendung in der Wasseraufbereitung zu erweitern. Dazu gehören die Photo-Fenton-Methode, die Elektro-Fenton-Methode, die Photo-Elektro-Fenton-Methode, die UV-Fenton-Methode usw. Unter diesen hat die Elektro-Fenton-Methode nicht nur alle Eigenschaften der elektrochemischen Methode, sondern nutzt auch die starke Oxidationswirkung von Hydroxylradikalen und wird allmählich zur Hauptentwicklungsrichtung von Fenton-Reagenzien und zur Mainstream-Richtung der elektrochemischen Technologie.

　　2 Prinzip der Fenton-Methode

　　1894年，法国科学家Fenton H J H发现亚铁离子与过氧化氢在酸性条件，能有效降解酒石酸。随着有机污染的加剧，这种方法为有机废水的处理提供了新的途径，具有划时代的意义。为了纪念Fenton H J H的卓越贡献，将Fe2+/H2O2命名为Fenton试剂，这种反应称为Fenton反应。Fenton试剂能有效的无选择的氧化有机物，具有极强的氧化性。但对芬顿反应的机理不甚了解，科学工作者提出多种可能的设想。美国人用二甲亚飒(DMPO)作为自由基的捕获剂，用核磁共振的方法，捕获到自由基的信号，提出了自由基和氧化剂碎片机理。而后，walling和Norman及Jefcoate等人的研究也证实了这一结论。David R.等总结归纳了前人有关Fenton反应的机理(见表1-1)。目前普遍为大家接受的反应机制：过氧化氢与亚铁离子反应生成自由基(.OH)和氢氧根离子(OH-)，其中自由基具有很高的氧化电极电位(见表1.2)，因此，芬顿试剂在水处理中主要利用自由基的强氧化性。除了亚铁离子可以实现Fenton反应以外，其他的过渡金属离子(如Cu2+等)也可以将过氧化氢催化分解为自由基和氢氧根离子。

Die Elektro-Fenton-Technologie ist eine der elektrochemischen Behandlungstechnologien, die auf der Grundlage von Fenton-Reagenzien entwickelt wurde. Die Elektro-Fenton-Methode (EF) kann in zwei Formen unterteilt werden. Eine Form ist, dass lösliche Eisensalze mit H2O2, das an der Kathode in leicht saurer Lösung erzeugt wird, eine Fenton-Reaktion eingehen, wodurch die Elektrochemie und Fenton gut kombiniert werden. Die für diese Methode verwendeten Elektroden sind meist Graphit, Kohlenstoffvlies usw. Die andere Methode ist die Opferanodenmethode, bei der eine Metallelektrode als Anode dient, um Fe2+ zu lösen, das dann mit extern zugeführtem H2O2 eine Fenton-Reaktion eingeht. Der Reaktionsmechanismus ist wie folgt:

Der Abbau von Schadstoffen durch die Elektro-Fenton-Reaktion ist ebenfalls sehr komplex. Der allgemein anerkannte Mechanismus basiert auf der starken Oxidationswirkung von Hydroxylradikalen. Aufgrund der unterschiedlichen Formen der Elektro-Fenton-Methode unterscheiden sich auch die Arten, wie Hydroxylradikale erzeugt werden. Bei der Zersetzung von Schadstoffen sind sich die Forscher jedoch weitgehend einig, dass die Wirkung ähnlich der von Fenton-Reagenzien ist, hauptsächlich die starke Oxidationswirkung der durch die Anoden- und Kathodenwirkung erzeugten freien Radikale, die Schadstoffe oxidiert und zersetzt und eliminiert.

　　3 Merkmale der Elektro-Fenton-Methode

　　Die Elektro-Fenton-Technologie hat im Vergleich zur traditionellen Fenton-Technologie die folgenden Vorteile:

　　(1) Verwenden Sie Graphit, Kohlenstofffilz usw. als Kathode für elektrochemische Reaktionen. Unter sauren Bedingungen wird der in die Kathode eingeleitete Sauerstoff in Wasserstoffperoxid umgewandelt. Daher muss kein Wasserstoffperoxid extern zugeführt werden, was die Behandlungskosten senkt und die Gefahren beim Transport von Wasserstoffperoxid verringert.

　　(2) Nur ein Teil des in die Elektrolytlösung eingeleiteten Sauerstoffs wird in Wasserstoffperoxid umgewandelt, der Rest wird in Gasform freigesetzt und wirkt als Rührwerk für die Elektrolytlösung, wodurch die Elektrolytlösung gleichmäßig gemischt wird und Polarisationserscheinungen vorgebeugt wird.

　　(3) Die elektrochemische Reaktion kann kontinuierlich Fe2+ liefern. Die Plattenauflösung erzeugt direkt Fe2+ oder Fe3+ wird durch Elektronenaufnahme zu Fe2+ reduziert, sodass Fe2+ wiederverwendet werden kann. Das Fenton-Verfahren erfordert die Zugabe von Eisensalzen, was hohe Kosten verursacht und viel Schlamm produziert. Das behandelte Abwasser hat eine hohe Farbigkeit und einen hohen Anionengehalt. Das Elektro-Fenton-Verfahren hat dieses Problem nicht;

　　(4) Elektro-Fenton-Abbau von Schadstoffen, zusätzlich zur oxidativen Wirkung von freien Radikalen, gibt es auch Prozesse wie Elektrokoagulation, Elektrooxidation, Elektroreduktion, Elektroflotation oder die kombinierte synergistische Wirkung dieser Prozesse. Spezifische Details finden Sie unterAbwasser-ShopInformationen oderhttp://www.dowater.comweitere verwandte technische Dokumente.

　　4 Anwendung der Elektro-Fenton-Methode in der Wasseraufbereitung

　　Huang Y H und andere verwendeten die Elektro-Fenton-Methode zur Behandlung von petrochemischen Abwässern. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die Elektro-Fenton-Methode mit einem opfernden Eisenanoden zur Bereitstellung von Fe2+ und extern zugeführtem H2O2 eine hohe Entfernungswirkung für das COD der Abwässer aufweist. Im Vergleich zu O3, O3/H2O2, Natriumhypochlorit und der traditionellen Fenton-Methode war die Entfernungswirkung der Elektro-Fenton-Methode deutlich besser als die der anderen Methoden. Brillas E und andere setzten die Elektro-Fenton-Methode zur Zersetzung von Anilin ein. Cristina Flox und andere behandelten Abwässer mit Indigo-Farbstoffen mittels Elektro-Fenton und Photoelektro-Fenton mit Pt als Anode. Sowohl die Elektro-Fenton-Methode mit BDD als Anode als auch die Photoelektro-Fenton-Methode mit einer kombinierten Katalyse von Fe2+ und Cu2+ mit Pt als Anode konnten den Indigo-Farbstoff vollständig mineralisieren. Marco Panizza und andere setzten die Elektro-Fenton-Methode, bei der Wasserstoffperoxid an der Kathode erzeugt wird, zur Zersetzung von synthetischen Farbstoffen ein und untersuchten den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Zersetzungswirkung. Zhou M H und andere behandelten Methylrot mit der Elektro-Fenton-Methode, wobei PTFE als Kathode verwendet wurde. Die Konzentration von Elektrolyt Na2SO4, pH-Wert, Konzentration von zweiwertigen Eisenionen und Konzentration von Schadstoffen auf die Entfernung von Methylrot wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zersetzung von Methylrot in zwei Phasen erfolgt, wobei die Zersetzungsrate in der zweiten Phase langsamer ist als in der ersten Phase. Zhang H und andere setzten die Elektro-Fenton-Methode zur Entfernung von COD aus Deponieabwässern ein und untersuchten den Einfluss von Reaktionszeit, Elektrodenabstand, Stromdichte und dem Molverhältnis von H2O2/Fe2+ auf die Zersetzung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Elektro-Fenton-Methode organische Stoffe in Deponie-Sickerwasser effektiv zersetzen kann und nicht nur eine hohe Effizienz, sondern auch eine höhere Wirtschaftlichkeit als die gewöhnliche Fenton-Methode aufweist. Brillas E und andere untersuchten das Herbizid 3,6-Dichlor-2-methoxybenzoesäure mittels Anodenoxidation, Elektro-Fenton und Photoelektro-Fenton. Zhao X und andere setzten Elektrokoagulation und Elektro-Fenton-Techniken zur Zersetzung von Abwässern aus Leiterplatten ein. Zhao X und andere setzten Elektrokoagulation und Elektro-Fenton-Techniken zur Entfernung von Arsen ein, wobei DSA und Eisenplatten als Elektroden verwendet wurden. Arsen wurde auf der DSA-Elektrode oxidiert und dann durch Koagulationssedimentation entfernt. Der Einfluss von gleichzeitig vorhandenen Ionen auf die Arsenentfernung wurde untersucht. Es wurde festgestellt, dass Ca- und Mg-Ionen die Arsenentfernung fördern, während Ionen wie Cl-, CO32- und PO43- die Arsenentfernung hemmen. Boye B und andere setzten Methoden wie Anodenoxidation, Elektro-Fenton und Photoelektro-Fenton zur Zersetzung des Herbizids 2,4,5-T ein. Panizza M und andere setzten die Elektro-Fenton-Methode zur Zersetzung von organischen Industrieabwässern mit Naphthalinsulfonsäure und Anthrachinonsulfonsäure ein. Lian Yu und andere behandelten simulierte Abwässer mit saurem Orange II mittels Elektro-Fenton-Oxidation. Die Elektro-Fenton-Oxidation konnte die Azobindungen und den Naphthalinring in der Molekülstruktur von saurem Orange II hocheffizient aufspalten und die biologische Abbaubarkeit der Abwässer verbessern.