芬頓氧化法主要適用于含難降解有機物廢水的處理，如造紙工業(yè)廢水、染整工業(yè)廢水、煤化工廢水、石油化工廢水、精細化工廢水、發(fā)酵工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等廢水及工業(yè)園區集中廢水處理廠(chǎng)廢水等的處理。

一、芬頓反應原理

1893年,化學(xué)家Fenton HJ發(fā)現，過(guò)氧化氫(H2O2)與二價(jià)鐵離子的混合溶液具有強氧化性，可以將當時(shí)很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酯類(lèi)氧化為無(wú)機態(tài)，氧化效果十分顯著(zhù)。但此后半個(gè)多世紀中，這種氧化性試劑卻因為氧化性極強沒(méi)有被太多重視。但進(jìn)入20 世紀70 年代，芬頓試劑在環(huán)境化學(xué)中找到了它的位置，具有去除難降解有機污染物的高能力的芬頓試劑，在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中體現了很廣泛的應用。當芬頓發(fā)現芬頓試劑時(shí)，尚不清楚過(guò)氧化氫與二價(jià)鐵離子反應到底生成了什么氧化劑具有如此強的氧化能力。二十多年后，有人假設可能反應中產(chǎn)生了羥基自由基，否則，氧化性不會(huì )有如此強。因此，以后人們采用了一個(gè)較廣泛引用的化學(xué)反應方程式來(lái)描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應：

Fe2+ + H2O2→Fe3+ + （OH）-+OH·

芬頓氧化法是在酸性條件下，H2O2在Fe2+存在下生成強氧化能力的羥基自由基(·OH），并引發(fā)更多的其他活性氧，以實(shí)現對有機物的降解,其氧化過(guò)程為鏈式反應。其中以·OH產(chǎn)生為鏈的開(kāi)始，而其他活性氧和反應中間體構成了鏈的節點(diǎn)，各活性氧被消耗，反應鏈終止。其反應機理較為復雜,這些活性氧僅供有機分子并使其礦化為CO2和H2O等無(wú)機物。從而使Fenton氧化法成為重要的高級氧化技術(shù)之一。

二、進(jìn)水水質(zhì)要求

1. 芬頓氧化法的進(jìn)水應符合以下條件：

a）在酸性條件下易產(chǎn)生有毒有害氣體的污染物（如硫離子、氰根離子等）不應進(jìn)入芬頓氧化工藝單元；

b）進(jìn)水中懸浮物含量宜小于 200 mg/L；

c）應控制進(jìn)水中 Cl-、H2PO -、HCO3 -、油類(lèi)和其他影響芬頓氧化反應的無(wú)機離子或污染物濃度，其限制濃度應根據試驗結果確定。

2. 芬頓氧化法進(jìn)水不符合條件時(shí)

應根據進(jìn)水水質(zhì)采取相應的預處理措施：

a）芬頓氧化法用于生化處理預處理時(shí)，可設置粗、細格柵、沉砂池、沉淀池或混凝沉淀池，去除漂浮物、砂礫和懸浮物等易去除污染物；芬頓氧化法用于廢水深度處理時(shí)，宜設置混凝沉淀或/和過(guò)濾工序進(jìn)行預處理；

b）進(jìn)水中溶解性磷酸鹽濃度過(guò)高時(shí)，宜投加熟石灰，通過(guò)混凝沉淀去除部分溶解性磷酸鹽；

c）進(jìn)水中含油類(lèi)時(shí)，宜設置隔油池除油；

d）進(jìn)水中含硫離子時(shí)，應采取化學(xué)沉淀或化學(xué)氧化法去除；進(jìn)水中含氰離子時(shí)，應采取化學(xué)氧化法去除；

e）進(jìn)水中含有其他影響芬頓氧化反應的物質(zhì)時(shí)，應根據水質(zhì)采取相應的去除措施，以消除對芬頓氧化反應的影響。

芬頓氧化法用于生化處理的預處理時(shí)，若進(jìn)水水質(zhì)水量變化較大，芬頓氧化工藝前應設置調節池。

三、芬頓的影響因素

1、溫度

溫度是芬頓反應的重要影響因素之一。一般化學(xué)反應隨著(zhù)溫度的升高會(huì )加快反應速度，芬頓反應也不例外，溫度升高會(huì )加快·OH的生成速度，有助于·OH與有機物反應，提高氧化效果和COD的去除率；但是，對于芬頓試劑這樣復雜的反應體系，溫度升高，不僅加速正反應的進(jìn)行，也加速副反應，溫度升高也會(huì )加速H2O2的分解，分解為O2和H2O，不利于·OH的生成。不同種類(lèi)工業(yè)廢水的芬頓反應適合的溫度，也存在一定差異。處理聚丙烯酰胺水溶液處理時(shí)，溫度控制在30℃～50℃。研究洗膠廢水處理時(shí)發(fā)現溫度為85℃。處理三氯（苯）酚時(shí)，當溫度低于60℃時(shí)，溫度有助于反應的進(jìn)行，反之當高于60℃時(shí)，不利于反應。

2、pH

一般來(lái)說(shuō)，芬頓試劑是在酸性條件下發(fā)生反應的，在中性和堿性的環(huán)境中Fe2+不能催化氧化H2O2產(chǎn)生·OH，而且會(huì )產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀而失去催化能力。當溶液中的H+濃度過(guò)高，Fe3+不能順利的被還原為Fe2+，催化反應受阻。多項研究結果表明芬頓試劑在酸性條件下，特別是pH在3～5時(shí)氧化能力很強，此時(shí)的有機物降解速率快，能夠在短短幾分鐘內降解。此時(shí)有機物的反應速率常數正比于Fe2+和過(guò)氧化氫的初始濃度。因此，在工程上采用芬頓工藝時(shí)，建議將廢水調節到=2～4，理論上在為3.5時(shí)為佳。

3、有機底物

針對不同種類(lèi)的廢水，芬頓試劑的投加量、氧化效果是不同的。這是因為不同類(lèi)型的廢水，有機物的種類(lèi)是不同的。對于醇類(lèi)（甘油）及糖類(lèi)等碳水化合物，在羥基自由基作用下，分子發(fā)生脫氫反應，然后C-C鍵的斷鏈；對于大分子的糖類(lèi)，羥基自由基使糖分子鏈中的糖苷鍵發(fā)生斷裂，降解生成小分子物質(zhì)；對于水溶性的高分子及乙烯化合物，羥基自由基使得C=C鍵斷裂；并且羥基自由基可以使得芳香族化合物的開(kāi)環(huán)，形成脂肪類(lèi)化合物，從而消除降低該種類(lèi)廢水的生物毒性，改善其可生化性；針對染料類(lèi)，羥基自由基可以打開(kāi)染料中官能團的不飽和鍵，使染料氧化分解，達到脫色和降低COD的目的。用芬頓試劑降解殼聚糖的實(shí)驗表明當介質(zhì)pH值3～5，聚糖、 H2O2及催化劑的摩爾比在240:12～24:1～2時(shí)，芬頓反應可以使殼聚糖分子鏈中的糖苷鍵發(fā)生斷裂，從而生成小分子的產(chǎn)物。

4、過(guò)氧化氫與催化劑投加量

芬頓工藝在處理廢水時(shí)需要判斷藥劑投加量及經(jīng)濟性。H2O2 的投加量大， 廢水COD的去除率會(huì )有所提高，但是當H2O2投加量增加到一定程度后， COD的去除率會(huì )慢慢下降。因為在芬頓反應中H2O2投加量增加，·OH的產(chǎn)量會(huì )增加，則COD的去除率會(huì )升高，但是當H2O2的濃度過(guò)高時(shí)，雙氧水會(huì )發(fā)生分解，并不產(chǎn)生羥基自由基。催化劑的投加量也有與雙氧水投加量相同的情況，一般情況下，增加Fe2+的用量，廢水COD的去除率會(huì )增大， 當Fe2+增加到一定程度后。COD的去除率開(kāi)始下降。原因是因為 當Fe2+濃度低時(shí)，隨著(zhù)Fe2+ 濃度升高，H2O2產(chǎn)生的·OH增加；當Fe2+ 的濃度過(guò)高時(shí)， 也會(huì )導致H2O2發(fā)生無(wú)效分解，釋放出O2。

四、工藝操作及設計

芬頓氧化法廢水處理工程工藝流程主要包括調酸、催化劑混合、氧化反應、中和、固液分離、藥劑投配及污泥處理系統，工藝流程示意圖見(jiàn)圖。

1、調酸

根據氧化反應池最佳pH值條件要求，應通過(guò)投加濃硫酸或稀硫酸來(lái)調整廢水的 pH值，pH 值宜控制在3.0～4.0。

調酸池宜采用水力攪拌、機械攪拌或空氣攪拌，混合時(shí)間不宜小于2min。

濃硫酸或稀硫酸宜采用計量泵投加，采用在線(xiàn) pH值控制儀等自控系統自動(dòng)調節投加量。

2、催化劑混合

催化劑可采用硫酸亞鐵，在催化劑混合池完成混合過(guò)程，催化劑混合池宜采用水力攪拌、機械攪拌或空氣攪拌，混合時(shí)間不宜小于2min。硫酸亞鐵溶液質(zhì)量百分濃度宜小于 30%，宜采用計量泵定量投加。

3、氧化反應

應投加過(guò)氧化氫溶液，在氧化反應池中完成氧化反應，氧化反應池可采用完全混合式或推流式，完全混合式氧化反應池不宜少于2段，通過(guò)溢流或穿孔墻連接。

氧化反應池池型應根據廢水處理規模、占地面積和經(jīng)濟性等因素綜合確定，氧化反應池采用塔式時(shí)，宜采用升流式反應器，鋼結構塔體應采用不銹鋼 316L材質(zhì)和涂襯玻璃鱗片防腐處理。塔式反應器包含芬頓試劑混合區、布水區和反應區?；旌蠀^混合速度梯度 G值應不小于 500s-1，布水區應配水均勻，配水孔出口流速應為 1.0m/s～1.5m/s，回流比應不低于 100%。塔式反應器高徑比宜在 1.0～5.0 之間，高度應不高于 15 m。

氧化反應池池體有效容積可按下式計算：

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