工艺技术 聊聊：芬顿[Fenton]氧化反应分类及应用

1 Fenton处理废水的类型


1.1 普通 Fenton法

H2O2在 Fe2+的催化作用下分解产生·OH，其氧化电位是除元素氟外最强的无机氧化剂，它通过电子转移等途径将有机物氧化分解成小分子。同时, Fe2+作为催化剂最终被 O2氧化成 Fe3+，在一定条件下，可有 Fe(OH)3胶体出现，它有絮凝作用，可大量地去除水中的悬浮物。普通Fenton试剂法在黑暗中就能破坏有机物,具有设备投资省的优点。

但其存在两个缺点：一是不能充分矿化有机物,初始物质部分转化为某些中间产物，这些中间产物或与Fe3+形成络合物，或与羟基自由基·OH的生成路线发生竞争,并可能对环境的危害更大;二是H2O2的利用率不高。为此人们把紫外线引入 Fenton体系,形成了 UV/Fenton法。

1.2 光-芬顿法

普通芬顿法过氧化氢的利用率低,有机物矿化不充分, 如果把光照(紫外光或可见光 )引入标准芬顿体系,可以大大提高其对有机物处理效率及对有机物的降解程度,这种紫外或可见光照射下的 Fenton试剂体系被称为光-Fenton试剂。但光-芬顿试剂的缺点是处理费用较高。

详细的反应机理如下：

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + ·OH + OH-

[Fe(OH)]2+ 一hv→  Fe2+ + HO·

[Fe(OOC―R)]2+ 一hv→  Fe2+ + R· + CO2

HO· + RH → R· + H2O

Fe2+ + HO· → Fe3+ + OH-

1.3 电-芬顿法

电-芬顿试剂就是在电解槽中通过电解反应生成 H2O2或Fe2+,从而形成芬顿试剂,并让废水流入电解槽,由于电化学作用,使反应机制得到改善,从而提高了试剂的处理效果。该法综合了电化学反应和芬顿氧化, 充分利用了二者的氧化能力。

它与光-芬顿法相比自动产生 H2O2的机制较完善。导致有机物降解的因素较多, 除·OH 的氧化作用外,还有阳极氧化、电吸附等。

具体反应机理如下:

O2+2H++2e→H2O2（1）

O2+H2O+2e→HO2-+OH-

2 芬顿工艺在废水处理中的运用


近年来，随着污水中污染物成分越来越复杂，传统的生化系统很难处理达标。工艺芬顿试剂在工业废水处理中的广泛应用，用来处理难以降解的有机污染物。

2.1 焦化废水

焦化废水中含有难生化降级的多稠环芳烃和含氮杂环化合物，废水中生物毒性及抑制性物质多，生化处理后废水难以达标。传统的A/O或A2/O等方法难以实现焦化废水的稳定达标排放，采用活性炭工艺处理有一定的效果，但是运行成本较高而且会产生二次污染。

由于芬顿工艺在处理难降解有机物废水的领域运用有叫广泛的前景，采用Fenton反应和活性炭吸附的组合工艺，可以将焦化废水的COD去除97%左右，出水能够达到污水排放一级标准。采用Fenton工艺处理COD为2000mg/L左右的焦化废水，也可以取得不错的效果。

2.2 印染废水

印染废水具有色度高，COD浓度高，含盐量高，可生化性差的特点。芬顿试剂具有高氧化性特点，可以使部分难生物降解有机物转换成可生化性好的物质，并且可以破坏染料中发色的基团，降低色度，所以被广泛应用于印染废水的处理领域。

采用芬顿的衍生工艺，如微电解-Fenton氧化工艺处理难降解蒽醌染整废水，COD去除率93%~94%；BOD5去除率可达90%～95%；出水色度也可去除95%～96%。

当pH值为2～4时，H2O2投加量为30g/L，催化剂投加量为H2O2的1/150时，可用Fenton工艺处理染料中间体H酸的生产废水，COD的去除率为50%。

2.3垃圾渗滤液

垃圾渗滤液的有机物浓度非常高、并且大部分属于难生物降解有机物，其中还包含了很多有毒有害物质，氨氮浓度高、微生物营养元素比例失调，一般生化处理工艺的复杂并且效果一般。研究发现用Fenton工艺处理经过生化处理后的垃圾渗滤液，出水水质可达污水排放二级标准。

取垃圾填埋场经过厌氧、好氧处理后的渗滤液采用间歇反应进行了Fenton处理，研究发现，Fenton工艺可以大大提高垃圾渗滤液的可生化性，为后续进一步生化处理提供了保障。