Fenton氧化法是常用的一種高級氧化技術，在難降解有機廢水處理中具有獨特的優勢，是一種很有應用前景的廢水處理技術。本期微文淺談：芬頓工藝原理、應用前景以及實際案例分析。

芬頓（Fenton）反應也稱芬頓（Fenton）試劑法，（Fenton）試劑的實質是二價鐵離子(Fe2+)、和雙氧水之間的鏈反應催化生成-OH自由基，具有較強的氧化能力，其氧化電位僅次于氟，高達2.80V，另外, 羥基自由基具有很高的電負性或親電性 ,其電子親和能力達 569.3kJ 具有很強的加成反應特性，因而 Fenton試劑可選擇氧化水中的大多數有機物，特別適用于生物難降解或一般化學氧化難以湊效的有機廢水的氧化處理。

?反應機理

H2O2 +Fe 2+ →Fe 3+ + HO - + HO·        (1)

RH+HO· →R·+H2O                                    (2)

R·+Fe3+ →Fe2+ + 產物                             (3)

H2O 2 + HO· →HO2·+H2O                       (4)

Fe2+ + HO· →Fe3+ + HO -                       (5)

Fe 3+ +H2O2 →Fe 2+ +H + + HO2·         (6)

Fe 3+ + HO2· →Fe2+ +H+ + O2               (7)

?芬頓試劑的影響因素有：pH值、H2O2投加量、Fe2+投加量、反應時間和反應溫度。

 H2O2投加量：H2O2的濃度較低時，H2O2的濃度增加導致羥基量的增加；H2O2的濃度過高時，過量的H2O2不但不能通過分解產生更多的自由基，反而在反應的一開始就把Fe2+迅速氧化成Fe3+，使氧化在Fe3+的催化下進行，這樣就既消耗了H2O2又抑制羥基的產生。  

Fe2+投加量：Fe2+濃度過低，反應速度極慢；Fe2+過量，它還原H2O2且自身氧化為Fe3+，消耗藥劑的同時增加出水色度。

pH值： 芬頓試劑是在酸性條件下發生作用的，在中性和堿性的環境中Fe2+不能催化氧化H2O2產生OH-，pH值在3~4附近時去除率最大。

反應時間，反應溫度：根據反應動力學原理，隨著溫度的增加，反應速度加快。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行，也加速副反應。因此，溫度對于芬頓試劑處理廢水的影響復雜，適當的溫度可以激活羥基自由基，溫度過高會使雙氧水分解成水和氧氣。

?芬頓工藝在印染廢水中的應用印染廢水中色度比較高，化學需氧量的濃度比較高，含鹽量也比較高，可生化性不強。芬頓試劑具有較高的氧化性，能夠使一些難以通過生物降解的有機物轉換成可生化性比較好的物質，對染料中發色的基團進行破壞，使色度降低，因而被廣泛的應用到印染廢水處理中。

?芬頓工藝在焦化廢水中的應用

焦化廢水中有難以生化降解的多稠環芳烴和含氮雜環化合物，廢水中含有很多生物毒性，抑制性的物質也比較多，即使進行生化處理，廢水也很難達到標準。芬頓工藝在難降解有機物廢水處理中有著廣闊的發展前景，并且能夠實現良好的效果。

?芬頓工藝垃圾滲濾液中的應用

垃圾滲濾液中含有很高濃度的有機物，其中的大部分是難以通過生物降解的有機物，還有很多有毒有害的物質，氨氮的濃度比較高，微生物營養元素的比例嚴重失調，使用一般的生化處理工藝，過程比較復雜，效果一般。而使用芬頓工藝對生化處理后的垃圾滲濾液進行處理，出水水質能夠達到二級污水排放標準，能夠提高垃圾滲濾液的可生化性，能夠為接下來的生化處理提供重要的保障。

?芬頓工藝在含酚物質廢水中的應用

酚類物質的毒性比較高，對人體有致癌的作用，是比較難降解的工業廢水。芬頓工藝可以處理苯酚、甲酚等多種酚類，并且有很好的效果。

?案例背景：某公司是一家從事液晶材料的研究開發和生產銷售的中外合資企業，為滿足生產需要，需新建一200m3/d廢水處理站,水質分為含四氫呋喃萃取廢水、甲醇萃取廢水為主的高濃度廢水及苯、甲苯等其他物質。

廢水水質特點有如下：

1.來水水質 情況復雜；

2.難降解物質種類多、濃度高；

3.污染物對微生物的生長有抑制作用；

4.環保要求高。

廢水預處理工藝采用：微電解+Fenton,

其中Fenton試劑是以亞鐵離子(Fe2+)為催化劑用過氧化氫(H2O2)進行化學氧化的廢水處理方法。由亞鐵離子與過氧化氫組成的體系，也稱芬頓試劑，它能生成強氧化性的羥基自由基，在水溶液中與難降解有機物生成有機自由基使之結構破壞，最終氧化分解。

由于H2O2在催化劑Fe3+(Fe2+)的存在下，能高效率地分解生成具有強氧化能力和高電負性或親電子性(電子親和能力569.3KJ的羥基自由基(·OH ),·OH可以氧化降解水體中的有機污染物，使其最終礦化為CO2,H2O及無機鹽類等小分子物質。據計算在pH=4的溶液中，·OH的氧化電位高達2.73 V，其氧化能力在溶液中僅次于氟。因此，通常的試劑難以氧化持久性有機物，特別是芳香類化合物及一些雜環類化合物，芬頓試劑對其中的絕大部分都可以無選擇地氧化降解。

當所投加的芬頓試劑劑量不足以完全氧化間苯類物質時，部分易降解物質可被優先氧化降解去除，使降解反應終止于中間階段。因此，在實際的難降解工業廢水處理中，可以根據需要用芬頓試劑氧化法作為間硝基苯胺等難降解廢水的預處理方法，為后續的生化處理提供良好的反應條件。

通過我們的試驗可知采用芬頓法預處理此類廢水對苯、甲苯和四氫呋喃的去除效果均較好，將H2O2的投加量達到1000mg/L的時候，其去除效率對此類物質的去除效率可以達到25%左右。而在H2O2質量濃度為400mg/L，Fe2+質量濃度為200mg/L，pH為4.0的情況下其去除效率也可以達到20%左右。綜合考慮成本原因，我方采用H2O2質量濃度為400mg/L，Fe2+質量濃度為200mg/L，pH為4.0作為芬頓處理的運行條件。

通過試驗可知，采用微電解+Fenton試劑氧化法的預處理法最高可將廢水的COD去除效率達到40%左右，其甲苯的去除效率可以達到65.01%以上，四氫呋喃去除率達到78.08%以上，最大程度上提高了廢水的可生化性、降低廢水的毒性。保證了后續處理工藝的正常運行。

結合實際工程經驗和綜合考慮運行成本，本方案采用工藝條件為：微電解反應pH=4、Fenton試劑氧化反應pH=4、H2O2投加量400mg/L、混凝沉淀PAC投加量為400mg/L、PAM投加量為1mg/L，在此條件COD的總去除率約為35%，四氫呋喃去除率約為75%，甲苯去除率約為60%。

我方在客戶的工廠取了相應的水樣，并進行廢水處理工藝的小試，具體試驗過程如下。

?芬頓氧化實驗過程：

1、氧化過程

圖1 芬頓氧化過程中

芬頓氧化反應階段，pH為2時，廢水呈綠色透明狀，如上圖中左一所示，pH=4時，溶液呈黃綠色，有絮凝體懸浮于廢水中，主要是由于投入的H2O2的量很大，達到1000mg/L，產生大量的氣泡，如上圖右1所示。pH為6或8時，溶液都呈橙黃色，有大量的絮體。

芬頓氧化后，pH為2的廢水基本沒有變化，pH為6或者8的廢水中的絮體已經沉降到杯底，而pH為4的廢水，由于大量的氣泡的存在，絮體仍然懸浮與水中。
 
 

圖2 芬頓氧化結束靜置30min后

2、絮凝沉淀

圖3絮凝沉淀過程中

如圖3所示，當PAC投加量為100mg/L時，廢水比較澄清，產生較大顆粒的絮體，且懸浮于水中，如左1所示；左2位置的廢水中的PAC的投加量為1000mg/L，廢水比較渾濁，呈橙紅色；右2和右1位置的廢水中PAC投加量分別為200mg/L和600mg/L，產生一定量的絮體，但由于廢水中的H2O2產生的氣泡的量比較大，使得絮體大多數漂浮于水面上。

圖4 絮凝沉淀結束靜置30min后

圖4為絮凝沉淀后靜置30min后的照片，左1、右2、右1的廢水都比較澄清，其中左1廢水中的絮體都沉入水底，而右1和右2廢水中的絮體漂浮與水面；左2廢水中的絮體沉降不完全，大部分沉于水體，小部分懸浮于水中和漂浮于水面上。