芬頓氧化法可作為廢水生化處理前的預(yù)處理工藝，也可作為廢水生化處理后的深度處理工藝。該方法主要適用于含難降解有機(jī)物廢水的處理，如造紙工業(yè)廢水、煤化工業(yè)廢水、石油化工廢水、精細(xì)化工廢水、發(fā)酵工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等廢水，以及對(duì)工業(yè)園區(qū)集中廢水處理廠等廢水的處理。
芬頓反應(yīng)原理
1893年，化學(xué)家Fenton發(fā)現(xiàn)，過(guò)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、酷類(lèi)氧化為無(wú)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)而沒(méi)有太被重視。
進(jìn)入20世紀(jì)70年代，芬頓試劑在環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域中找到了它應(yīng)有的位置。芬頓試劑具有去除難降解有機(jī)污染物的功能，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得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)年，芬頓發(fā)現(xiàn)該試劑時(shí)，并不清楚過(guò)氧化氫與二價(jià)鐵離子反應(yīng)到底生成了何種氧化劑，只知道該氧化劑具有很強(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，人們采用了一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)較廣泛使用的化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：
Fe2++H2O2→Fe3++OH·+OH
芬頓氧化法是在酸性條件下，其H2O2在Fe2＋存在下生成強(qiáng)氧化能力的羥基自由基OH·，并引發(fā)更多其他活性氧，以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的降解，其氧化過(guò)程為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。其中以O(shè)H產(chǎn)生作為鏈的開(kāi)始，而其他活性氧和反應(yīng)中間體構(gòu)成了鏈的節(jié)點(diǎn)，各活性氧被消耗，反應(yīng)鏈終止。其反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜，這些活性氧僅供有機(jī)分子并使其轉(zhuǎn)化為CO2和H20等無(wú)機(jī)物，從而使Fenton氧化法成為重要的高級(jí)氧化技術(shù)之一。
芬頓塔結(jié)構(gòu)圖
進(jìn)水水質(zhì)要求
芬頓氧化法進(jìn)水應(yīng)符合以下條件
（1）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(yīng)進(jìn)入芬頓氧化工藝單元；
（2）進(jìn)水中懸浮物含量宜＜200mg/L；
（3）應(yīng)控制進(jìn)水中Cl-、H2PO3-、HC03-、油類(lèi)和其他影響芬頓氧化反應(yīng)的無(wú)機(jī)離子或污染物濃度，其限制濃度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定.
芬頓氧化法進(jìn)水不符合條件時(shí)
應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)采取相應(yīng)的預(yù)處理措施：
（1）芬頓氧化法用于生化處理預(yù)處理時(shí)，可設(shè)置粗、細(xì)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(shè)置混凝沉淀或過(guò)濾工序進(jìn)行預(yù)處理；
（2）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；
（3）進(jìn)水中含油類(lèi)時(shí)，宜設(shè)置隔油池除油；
（4）進(jìn)水中含硫離子時(shí)，應(yīng)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(yīng)采取化學(xué)氧化法去除；
（5）進(jìn)水中含有其他影響芬頓氧化反應(yīng)的物質(zhì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)采取相應(yīng)的去除措施，以消除對(duì)芬頓氧化反應(yīng)的影響。芬頓氧化法用于生化處理的預(yù)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(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池。
芬頓的影響因素
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。但對(duì)于芬頓試劑這樣復(fù)雜的反應(yīng)體系來(lái)說(shuō)，溫度升高不僅會(huì)加速正反應(yīng)的進(jìn)行，也加速副反應(yīng)，同時(shí)會(huì)加速H2O2的分解，而分解得到的02和H20，不利于OH·的生成。不同種類(lèi)工業(yè)廢水中的芬頓反應(yīng)，其適合的溫度，也存在一定差異。處理聚丙烯酰胺水溶液時(shí)，溫度應(yīng)控制在30℃至50℃；洗膠廢水處理時(shí)溫度為85℃；處理三氯（苯）酚時(shí)，當(dāng)溫度低于60℃時(shí)，有助于反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)高于60℃時(shí)，則不利于反應(yīng)。
pH值
一般來(lái)說(shuō)，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，F(xiàn)e2＋不能催化氧化H202產(chǎn)生OH·，而且會(huì)產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，從而失去催化能力；當(dāng)溶液中的H＋濃度過(guò)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)有機(jī)物降解速率快，能夠在短短幾分鐘內(nèi)降解，有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)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(diào)節(jié)到2—4，理論上pH值在3—5時(shí)為最佳。
有機(jī)物
對(duì)不同種類(lèi)的廢水，芬頓試劑的投加量、氧化效果是不同的。因?yàn)椴煌?lèi)型的廢水中，其有機(jī)物的種類(lèi)是不同的。對(duì)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(yīng)，然后產(chǎn)生C-C鍵的斷鏈；對(duì)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(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(duì)染料類(lèi)，羥基自由基可以打開(kāi)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值在3—5時(shí)，聚糖、H202及催化劑的摩爾比在240：1—2或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。
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(jì)性。H202的投加量大，廢水COD的去除率會(huì)有所提高，但是當(dāng)H202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，H202投加量增加，OH·的產(chǎn)量就會(huì)隨之增加，而COD的去除率會(huì)相應(yīng)降低。但是當(dāng)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(dāng)Fe2＋增加到一定程度后，COD的去除率開(kāi)始下降。這是因?yàn)楫?dāng)Fe2＋濃度較低時(shí)，隨著Fe2＋濃度升高，H202產(chǎn)生的OH·會(huì)增加；但當(dāng)Fe2+的濃度過(guò)高時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致H2O2發(fā)生無(wú)效分解，釋放出02。
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