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來源：環(huán)保尖兵公眾號(hào)

一、芬頓反應(yīng)原理

過氧化氫(H2O2)與二價(jià)鐵離子(Fe2+)的混合溶液把大分子氧化成小分子把小分子氧化成二氧化碳和水，同時(shí)FeSO4可以被氧化成3價(jià)鐵離子，有一定的絮凝的作用，3價(jià)鐵離子變成氫氧化鐵，有一定的網(wǎng)捕作用，從而達(dá)到處理水的目的。

1893年,化學(xué)家Fenton HJ發(fā)現(xiàn)，過氧化氫(H2O2)與二價(jià)鐵離子的混合溶液具有強(qiáng)氧化性，可以將當(dāng)時(shí)很多已知的有機(jī)化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機(jī)態(tài)，氧化效果十分顯著。但此后半個(gè)多世紀(jì)中，這種氧化性試劑卻因?yàn)檠趸詷O強(qiáng)沒有被太多重視。但進(jìn)入20 世紀(jì)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(jī)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(xiàn)了很廣泛的應(yīng)用。當(dāng)芬頓發(fā)現(xiàn)芬頓試劑時(shí)，尚不清楚過氧化氫與二價(jià)鐵離子反應(yīng)到底生成了什么氧化劑具有如此強(qiáng)的氧化能力。二十多年后，有人假設(shè)可能反應(yīng)中產(chǎn)生了羥基自由基，否則，氧化性不會(huì)有如此強(qiáng)。因此，以后人們采用了一個(gè)較廣泛引用的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：

Fe2++H2O2→Fe3++OH-+OH

二、芬頓法的優(yōu)點(diǎn)

①對(duì)環(huán)境友善：處理后不像其它的化學(xué)藥品，如漂白水(次氯酸鈉)，易產(chǎn)生氯化有機(jī)物等毒性物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成傷害。

②占地空間?。河袡C(jī)物氧化的速度相當(dāng)快，所需的停留時(shí)間短,約0.5~2小時(shí)即可，不像一般的生物處理約需12~24小時(shí)，因時(shí)間短，相對(duì)反應(yīng)槽容積不需太大，可節(jié)省空間。

③操作彈性大：可依進(jìn)流水水質(zhì)的好壞來改變操作條件，提高處理量。而一般的生物處理難以彈性操作。針對(duì)較高的污染量只需提高亞鐵及H2O2加藥量及適當(dāng)?shù)膒H控制即可。

④初設(shè)成本低：與一般的生物處理系統(tǒng)相較，約只須其投資成本的1/3~1/4。

⑤氧化能力強(qiáng)：所產(chǎn)生的氫氧自由基(OH)氧化能力相當(dāng)強(qiáng)?？商幚矶喾N毒性物質(zhì)，如氯乙烯、BTEX、氯苯、酚、多氯聯(lián)苯、TCE、DCE、PCE等，另EDTA和酮類MTBE、MEK等亦有效。

三、芬頓法的優(yōu)點(diǎn)

①芬頓處理勞動(dòng)強(qiáng)度大。雙氧水操作難度大，硫酸亞鐵投加必須是固體，且硫酸亞鐵含鐵20%左右，相對(duì)于聚鐵的11%含鐵，大大增加了污泥處理強(qiáng)度。

②芬頓處理的成本高，污泥多。如雙氧水的藥劑成本高也是一方面，并且現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)所計(jì)算的成本往往還不包括污泥增加（硫酸亞鐵的投加帶來的大量污泥），設(shè)備折舊，維修費(fèi)用等.

③芬頓處理容易返色。（如雙氧水與硫酸亞鐵的投加量與投加比例控制不好，或三價(jià)鐵不沉淀容易導(dǎo)致廢水呈現(xiàn)出微黃色或黃褐色。)

④比較難控制。因?yàn)殡p氧水與硫酸亞鐵的最佳比例需要進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)才可以得出，并且受到反應(yīng)PH值、反映時(shí)間長(zhǎng)短、攪拌混合程度的影響，所以比例很難控制。

⑤芬頓處理腐蝕性大，連水泥池都被腐蝕掉。雙氧水強(qiáng)氧化性，其氧化性僅次于氟氣（F2），如果防護(hù)不好對(duì)人體都有一定程度的腐蝕，硫酸亞鐵也具有一定的腐蝕性。

⑥芬頓的處理效果也不是像文獻(xiàn)說的那么好。大部份文獻(xiàn)說可以把COD處理到0mg/L，實(shí)際上通過眾多客戶的驗(yàn)證很難以處理到50mg/L，根本達(dá)不到新的排放標(biāo)準(zhǔn)。

四、工藝影響因素

1、溫度?

溫度是芬頓反應(yīng)的重要影響因素之一。一般化學(xué)反應(yīng)隨著溫度的升高會(huì)加快反應(yīng)速度，芬頓反應(yīng)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(jī)物反應(yīng)，提高氧化效果和COD的去除率；但是，對(duì)于芬頓試劑這樣復(fù)雜的反應(yīng)體系，溫度升高，不僅加速正反應(yīng)的進(jìn)行，也加速副反應(yīng)，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。不同種類工業(yè)廢水的芬頓反應(yīng)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(xiàn)溫度為85℃。處理三氯（苯）酚時(shí)，當(dāng)溫度低于60℃時(shí)，溫度有助于反應(yīng)的進(jìn)行，反之當(dāng)高于60℃時(shí)，不利于反應(yīng)。

2、pH

一般來說，芬頓試劑是在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)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(dāng)溶液中的H+濃度過高，F(xiàn)e3+不能順利的被還原為Fe2+，催化反應(yīng)受阻。多項(xiàng)研究結(jié)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(qiáng)，此時(shí)的有機(jī)物降解速率快，能夠在短短幾分鐘內(nèi)降解。此時(shí)有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)正比于Fe2+和過氧化氫的初始濃度。因此，在工程上采用芬頓工藝時(shí)，建議將廢水調(diào)節(jié)到=2～4，理論上在為3.5時(shí)為佳。??

3、有機(jī)物種類

針對(duì)不同種類的廢水，芬頓試劑的投加量、氧化效果是不同的。這是因?yàn)椴煌愋偷膹U水，有機(jī)物的種類是不同的。對(duì)于醇類（甘油）及糖類等碳水化合物，在羥基自由基作用下，分子發(fā)生脫氫反應(yīng)，然后C-C鍵的斷鏈；對(duì)于大分子的糖類，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(duì)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環(huán)，形成脂肪類化合物，從而消除降低該種類廢水的生物毒性，改善其可生化性；針對(duì)染料類，羥基自由基可以打開染料中官能團(tuán)的不飽和鍵，使染料氧化分解，達(dá)到脫色和降低COD的目的。用芬頓試劑降解殼聚糖的實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)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(yīng)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(jì)性。H2O2?的投加量大，?廢水COD的去除率會(huì)有所提高，但是當(dāng)H2O2投加量增加到一定程度后，?COD的去除率會(huì)慢慢下降。因?yàn)樵诜翌D反應(yīng)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(dāng)H2O2的濃度過高時(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(dāng)Fe2+增加到一定程度后。COD的去除率開始下降。原因是因?yàn)?當(dāng)Fe2+濃度低時(shí)，隨著Fe2+?濃度升高，H2O2產(chǎn)生的·OH增加；當(dāng)Fe2+?的濃度過高時(shí)，?也會(huì)導(dǎo)致H2O2發(fā)生無效分解，釋放出O2。

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