1 處理工藝

1.1 法概述

芬頓法的實(shi)質(zhi)是二價鐵離子(Fe2+)、和雙氧水之間的鏈反應催化生成羥基自由基，具(ju)有較(jiao)強(qiang)的氧化能(nen)力，其氧化電位僅次於氟，高達2.80V。無機化學反應過程是，過氧化氫(H2O2)與二價鐵離子(Fe2+)的混合溶液將很多已知的有機化合物如(ru)羧酸、醇、酯類氧化為無機態。

另外, 羥基自由基具(ju)有很高的電負(fu)性或親(qin)電性，其電子親(qin)和能(nen)高達 569.3kJ 具(ju)有很強(qiang)的加成反應特性，因而 Fenton反應具(ju)有去除難(nan)降解有機汙(wu)染物的高能(nen)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(an)廢水等廢水處理中體現了很廣泛的應用。

1.2 氧化機理

芬頓氧化法是在酸性條件下，H2O2在Fe2+存(cun)在下生成強(qiang)氧化能(nen)力的羥基自由基(·OH)，並(bing)引發更(geng)多的其他(ta)活性氧，以實(shi)現對有機物的降解,其氧化過程為鏈式反應。其中以·OH產生為鏈的開始，而其他(ta)活性氧和反應中間體構成了鏈的節點(dian)，各(ge)活性氧被消(xiao)耗(hao)，反應鏈終止。

其反應機理較(jiao)為複雜,這些活性氧僅供有機分子並(bing)使其礦化為CO2和H2O等無機物。從而使法成為重要的高級氧化技術之一。

當芬頓發現時，尚不清楚過氧化氫與二價鐵離子反應到底生成了什(shi)麼(me)氧化劑具(ju)有如(ru)此強(qiang)的氧化能(nen)力。二十多年後，有人假設可能(nen)反應中產生了羥基自由基，否則，氧化性不會有如(ru)此強(qiang)。

因此，以後人們采用了一個較(jiao)廣泛引用的化學反應方程式來描(miao)述芬頓試劑中發生的化學反應：Fe2++ H2O2→Fe3++OH-+ OH• ① 從上式可以看出，1mol的H2O2與1mol的Fe2+反應後生成1mol的Fe3+，同(tong)時伴(ban)隨生成1mol的OH-外加1mol的羥基自由基。正是羥基自由基的存(cun)在，使得芬頓試劑具(ju)有強(qiang)的氧化能(nen)力。據計算在pH = 4 的溶液中，•OH自由基的氧化電勢(shi)高達2.73 V。

在自然界中，氧化能(nen)力在溶液中僅次於氟氣。因此，持久性有機物，特別是通常的試劑難(nan)以氧化的芳(fang)香類化合物及一些雜環(huan)類化合物，在芬頓試劑麵前全部被無選(xuan)擇(ze)氧化降解掉(diao)。1975 年,美國著名環(huan)境化學家(jia)Walling C 係統研(yan)究了芬頓試劑中各(ge)類自由基的種類及Fe 在Fenton 試劑中扮演的角色(se)，得出如(ru)下化學反應方程：

H2O2+ Fe2+→ Fe3++ O2• + 2H +② O2+ Fe2+→ Fe3++ O2•

③ 可以看出,芬頓試劑中除了產生1mol的OH•自由基外,還伴(ban)隨著生成1mol的過氧自由基O2•,但是過氧自由基的氧化電勢(shi)隻有1.3 V左右，所以，在芬頓試劑中起主(zhu)要氧化作用的是OH•自由基。

1.3 Fenton係統工藝流(liu)程簡述

在二沉(chen)池(chi)出水井(jing)用Fenton供料泵送至Fenton氧化塔，將廢水中難(nan)以降解的汙(wu)染物氧化降解，Fenton氧化塔出水自流(liu)至中和池(chi)，在中和池(chi)投加液堿，將廢水中和至中性；中和池(chi)廢水自流(liu)至脫(tuo)氣池(chi)中，通過鼓風(feng)攪拌，將廢水中的少(shao)量氣泡(pao)脫(tuo)除；脫(tuo)氣池(chi)出水自流(liu)至混凝(ning)反應池(chi)中，在該(gai)池(chi)中投加絮凝(ning)劑PAM並(bing)進(jin)行充分反應，使廢水中鐵泥絮凝(ning)；混凝(ning)反應後的廢水自流(liu)至終沉(chen)池(chi)，將其中的鐵泥沉(chen)澱，上清液達標(biao)排放。終沉(chen)池(chi)鐵泥由汙(wu)泥泵送至原汙(wu)泥處理係統進(jin)行處理。

2 影響因素

2.1 溫度

溫度是芬頓反應的重要影響因素之一。一般化學反應隨著溫度的升高會加快反應速度，芬頓反應也不例外，溫度升高會加快·OH的生成速度，有助於·OH與有機物反應，提高氧化效果(guo)和COD的去除率；但是，對於芬頓試劑這樣(yang)複雜的反應體係，溫度升高，不僅加速正反應的進(jin)行，也加速副反應，溫度升高也會加速H2O2的分解，分解為O2和H2O，不利於·OH的生成。

不同(tong)種類工業廢水的芬頓反應最佳溫度，也存(cun)在一定差異。處理聚丙烯(xi)酰胺(an)水溶液處理時，最佳溫度控製(zhi)在30℃～50℃。

研(yan)究洗(xi)膠廢水處理時發現最佳溫度為85℃。處理三氯（苯）酚時，當溫度低於60℃時，溫度有助於反應的進(jin)行，反之當高於60℃時，不利於反應。

2.2pH

一般來說，芬頓試劑是在酸性條件下發生反應的，在中性和堿性的環(huan)境中Fe2+不能(nen)催化氧化H2O2產生·OH，而且(qie)會產生氫氧化鐵沉(chen)澱而失去催化能(nen)力。當溶液中的H+濃度過高，Fe3+不能(nen)順利的被還原為Fe2+，催化反應受阻。

多項(xiang)研(yan)究結果(guo)表明芬頓試劑在酸性條件下，特別是pH在3～5時氧化能(nen)力很強(qiang)，此時的有機物降解速率最快，能(nen)夠在短(duan)短(duan)幾分鍾內降解。此時有機物的反應速率常數正比(bi)於Fe2+和過氧化氫的初始濃度。因此，在工程上采用芬頓工藝時，建議將廢水調節到=2～4，理論上在為3.5時為最佳。

2.3有機底物

針對不同(tong)種類的廢水，芬頓試劑的投加量、氧化效果(guo)是不同(tong)的。這是因為不同(tong)類型的廢水，有機物的種類是不同(tong)的。

對於醇類（甘油）及糖類等碳(tan)水化合物，在羥基自由基作用下，分子發生脫(tuo)氫反應，然後C-C鍵的斷鏈；對於大分子的糖類，羥基自由基使糖分子鏈中的糖苷(gan)鍵發生斷裂，降解生成小分子物質(zhi)；對於水溶性的高分子及乙(yi)烯(xi)化合物，羥基自由基使得C=C鍵斷裂；並(bing)且(qie)羥基自由基可以使得芳(fang)香族化合物的開環(huan)，形成脂(zhi)肪類化合物，從而消(xiao)除降低該(gai)種類廢水的生物毒性，改(gai)善其可生化性；針對染料類，羥基自由基可以打開染料中官(guan)能(nen)團的不飽和鍵，使染料氧化分解，達到脫(tuo)色(se)和降低COD的目的。

用芬頓試劑降解殼(ke)聚糖的實(shi)驗表明當介(jie)質(zhi)pH值3～5，聚糖、 H2O2及催化劑的摩爾(er)比(bi)在240:12~24:1~2時，芬頓反應可以使殼(ke)聚糖分子鏈中的糖苷(gan)鍵發生斷裂，從而生成小分子的產物。

2.4過氧化氫與催化劑投加量

芬頓工藝在處理廢水時需要判斷藥劑投加量及經濟性。H2O2 的投加量大， 廢水COD的去除率會有所提高，但是當H2O2投加量增加到一定程度後， COD的去除率會慢慢下降。因為在芬頓反應中H2O2投加量增加，·OH的產量會增加，則COD的去除率會升高，但是當H2O2的濃度過高時，雙氧水會發生分解，並(bing)不產生羥基自由基。

催化劑的投加量也有與雙氧水投加量相同(tong)的情況，一般情況下，增加Fe2+的用量，廢水COD的去除率會增大， 當Fe2+增加到一定程度後。COD的去除率開始下降。原因是因為 當Fe2+濃度低時，隨著Fe2+濃度升高，H2O2產生的·OH增加；當Fe2+的濃度過高時， 也會導致H2O2發生無效分解，釋放出O2。