芬頓反應

芬頓反應是一種無機化學反應，過程是過氧化氫(H2O2) 與二價鐵離子Fe的混合溶液將很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機態(tài)。反應具有去除難降解有機污染物的高能力，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有很廣泛的應用。

企業(yè)廢水處理工藝

水處理工藝最少要3個環(huán)節(jié)，如厭氧－好氧－絮凝。多年以為我國的污水處理采用傳統(tǒng)工藝進行污水處理，隨著近年來國家逐漸提高污水排放標準，例如：本來印染廠就設計COD100mg/L以內(nèi)的，現(xiàn)在COD要提高到80mg/L，到2016年1月1日，還要求提到60mg/L。這表明我國對廢水的排放標準越來越嚴格，處理力度越來越大。
    傳統(tǒng)工藝只要藥劑質(zhì)量不好就難以穩(wěn)定達標。在這個時候，許多企業(yè)就會采用深度處理工藝進行廢水處理以適應新的廢水排放標準，比如臭氧處理，芬頓處理(硫酸亞鐵+雙氧水），膜處理，電吸咐等等。目前應用最為廣泛，市場最為認可的便是芬頓法(硫酸亞鐵+雙氧水）處理廢水。

芬頓處理缺點與問題

采用芬頓深度處理工藝的特點是需要有條件，要求前面處理效果比較好，污染物溶度比較低等。芬頓法處理的主要藥劑是硫酸亞鐵，雙氧水，酸，堿（方法是反應后回調(diào)PH值）。

一、影響芬頓反應的因素

1、溫度因素

在芬頓反應中，溫度是影響其效果的重要因素，溫度不斷升高，芬頓反應的速度會逐漸加快，隨著溫度的提高，?OH的生成速度會提高，能夠促進?OH與有機物發(fā)生反應，使氧化效果得到提升，提高CODCr的去除率。溫度的升高也會使H₂O₂的分解速度加快，分解成O₂與H₂O，這對于?OH的生成是不利的[1]。不同類型的工業(yè)廢水中，芬頓反應的最合適溫度也是不同的。

2、pH值

通常情況下，在酸性環(huán)境下，芬頓試劑才會發(fā)生反應，pH的提高會使?OH得出現(xiàn)受到限制，并且會出現(xiàn)氫氧化鐵沉淀，催化能力喪失。如果溶液中有濃度較高的H⁺，Fe³⁺不能被還原為Fe²⁺，催化反應就會受到阻礙[2]。有研究結(jié)果表明在酸性環(huán)境下，尤其是pH在3-5之間時，芬頓試劑有很強的氧化能力，這時有機物的降解速度比較快，能夠在幾分鐘內(nèi)降解。同時有機物的反應速率與Fe2+以及過氧化氫的初始濃度成正比例關系。在工業(yè)處理中使用芬頓工藝，需要將廢水的pH調(diào)到3.5左右為最佳。

3、有機物

對于不同類型的工業(yè)廢水，芬頓試劑的使用量以及氧化效果是存在差異的，主要是由于不同類型的工業(yè)廢水中，存在著不同類型的有機物。對于糖類等碳水化合物，由于受到羥基自由基的作用，分子會出現(xiàn)脫氫反應，C-C鍵斷鏈；對于具有水溶性的高分子和乙烯化合物，羥基自由基會使C=C鍵斷裂。羥基自由基能夠使芳香族化合物出現(xiàn)開環(huán)進而形成脂肪類的化合物，使這種類型廢水中的生物毒性降低，使其可生化性得到改善。4、H₂O₂與催化劑投入數(shù)量利用芬頓工藝對工業(yè)廢水進行處理時，需要明確藥劑投入的數(shù)量及其經(jīng)濟性，如果其中投入的H₂O₂量比較大，就會提高廢水中COD_Cr的去除率。但是到達一定數(shù)量后，COD_Cr的去除率會呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢。催化劑的投入數(shù)量與H₂O₂的投入量存在著相同的情況，Fe²⁺的數(shù)量增加，COD_Cr的去除率會提高，達到一定程度后，COD_Cr的去除率就會下降[3]。在實際的工作中需要通過實驗明確H₂O₂與催化劑的投入數(shù)量。

二、芬頓工藝在工業(yè)廢水處理中的應用

1、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(zhuǎn)換成可生化性比較好的物質(zhì)，對染料中發(fā)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。利用芬頓衍生的工藝手段，例如利用微電解-Fenton氧化工藝對蒽醌染整廢水進行處理，這種廢水難以降解，化學需氧量的去除率在93.5%左右，BOD₅的去除率為93%左右，出水色度能夠除掉95.5%左右。在pH為2-4之間時，過氧化氫的投入量為30g/L，催化劑的投入量是過氧化氫的1/150時，使用芬頓工藝對中間體H酸生產(chǎn)的廢水進行處理，能夠達到50%的化學需氧量去除率。

2、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(huán)芳烴和含氮雜環(huán)化合物，廢水中含有很多生物毒性，抑制性的物質(zhì)也比較多，即使進行生化處理，廢水也很難達到標準。厭氧好氧工藝法無法使焦化廢水達到合理的排放標準，雖然使用活性炭工藝進行處理能夠達到一定的效果，但是這種工藝方法的成本消耗比較高，并且會出現(xiàn)二次污染。芬頓工藝在難降解有機物廢水處理中有著廣闊的發(fā)展前景，并且能夠?qū)崿F(xiàn)良好的效果。

3、芬頓工藝在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(zhì)，氨氮的濃度比較高，微生物營養(yǎng)元素的比例嚴重失調(diào)，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(zhì)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。

4、芬頓工藝在含酚物質(zhì)廢水中的應用

酚類物質(zhì)的毒性比較高，對人體有致癌的作用，是比較難降解的工業(yè)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。如果室溫合理，pH在3-6之間，并且有氧化鐵催化劑，過氧化氫能夠?qū)Ψ咏Y(jié)構(gòu)快速的破壞，在氧化的過程中能夠先將苯環(huán)分裂為二元酸，然后生成二氧化碳和水。芬頓工藝在含酚廢水中的應用比較多，能夠使廢水中的生物毒害性減小，使廢水中的生物降解性能得到改善。

5、結(jié)束語

芬頓反應能夠很好地降解有毒有機污染物，并且有著比較廣泛的應用氛圍，在實驗室以及實際應用中都取得了良好的效果。當前工業(yè)廢水處理中都提倡循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展模式，使用單一的污水處理廠對有毒的廢水進行處理，不能得到理想的效果，而芬頓工藝是一種十分有效地廢水處理手段，能夠?qū)U水進行可生化性以及深度處理，加之其他技術(shù)實現(xiàn)中水回用，達到循環(huán)利用的目的。

芬頓試劑法是針對一些特別難降解的機有污染物如高COD，利用硫酸亞鐵和雙氧水的強氧化還原性，生成反應強氧化性的羥基自由基，與難降解的有機物生成自由基，最后有效的氧化分解（芬頓（Fenton）試劑反應機理）。芬頓試劑的處理效果受到廢水污染物濃度，反應的pH值，硫酸亞鐵與雙氧水的比例，雙氧水的投加濃度的影響。

芬頓試劑的主要藥劑是硫酸亞鐵與雙氧水與堿。硫酸亞鐵與雙氧水的投加順序會影響到廢水的處理效果。先通過正交實驗將硫酸亞鐵與雙氧水的投加比例得出（一旦控制不好便容易返色）。再按照先調(diào)PH值，投加硫酸亞鐵，再投加雙氧水，再進行PH值調(diào)節(jié)的順序進行投加。在硫酸亞鐵投加后反應15分鐘左右，再進行雙氧水的投加，反應20~40分鐘后再加入堿回調(diào)pH值，處理效果更佳。

由于芬頓氧化過程中硫酸亞鐵的大量投加，使得硫酸亞鐵中鐵離子的大量沉淀，產(chǎn)了大量的鐵泥。甚至會造成大量的污泥懸浮物在廢水中難以沉降。出現(xiàn)這種情況的原因大多數(shù)是因為硫酸亞鐵與雙氧水的投加比例沒有控制好，或雙氧水投加過量、反應不徹底導致。出現(xiàn)這種情況后可以通過投加絮凝劑（聚丙烯酰胺）進行強化絮凝沉淀。或者通過投加石灰粉進行PH值調(diào)節(jié)及助凝對懸浮物進行凝聚沉淀。

一般在污水處理工程上，采用芬頓都有特殊的反應條件和足夠的反應時間，如果確定芬頓反應進行徹底，可在水中投加非離子型的聚丙烯酰胺，它可以幫助污泥加速沉降。利用硫酸亞鐵芬頓對一些高色度與高COD廢水的去除率都可以達到90%-95%。