芬頓反應(yīng)

芬頓反應(yīng)是一種無機(jī)化學(xué)反應(yīng)，過程是過氧化氫(H2O2) 與二價(jià)鐵離子Fe的混合溶液將很多已知的有機(jī)化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機(jī)態(tài)。反應(yīng)具有去除難降解有機(jī)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(yīng)用。

企業(yè)廢水處理工藝

水處理工藝最少要3個(gè)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(jìn)行污水處理，隨著近年來國家逐漸提高污水排放標(biāo)準(zhǔn)，例如：本來印染廠就設(shè)計(jì)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(duì)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)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(dá)標(biāo)。在這個(gè)時(shí)候，許多企業(yè)就會(huì)采用深度處理工藝進(jìn)行廢水處理以適應(yīng)新的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用最為廣泛，市場(chǎng)最為認(rèn)可的便是芬頓法(硫酸亞鐵+雙氧水）處理廢水。

芬頓處理缺點(diǎn)與問題

采用芬頓深度處理工藝的特點(diǎn)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(yīng)后回調(diào)PH值）。

一、影響芬頓反應(yīng)的因素

1、溫度因素

在芬頓反應(yīng)中，溫度是影響其效果的重要因素，溫度不斷升高，芬頓反應(yīng)的速度會(huì)逐漸加快，隨著溫度的提高，?OH的生成速度會(huì)提高，能夠促進(jìn)?OH與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，使氧化效果得到提升，提高CODCr的去除率。溫度的升高也會(huì)使H₂O₂的分解速度加快，分解成O₂與H₂O，這對(duì)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(yīng)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(huì)發(fā)生反應(yīng)，pH的提高會(huì)使?OH得出現(xiàn)受到限制，并且會(huì)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(yīng)就會(huì)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(shí)，芬頓試劑有很強(qiáng)的氧化能力，這時(shí)有機(jī)物的降解速度比較快，能夠在幾分鐘內(nèi)降解。同時(shí)有機(jī)物的反應(yīng)速率與Fe2+以及過氧化氫的初始濃度成正比例關(guān)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(jī)物

對(duì)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(jī)物。對(duì)于糖類等碳水化合物，由于受到羥基自由基的作用，分子會(huì)出現(xiàn)脫氫反應(yīng)，C-C鍵斷鏈；對(duì)于具有水溶性的高分子和乙烯化合物，羥基自由基會(huì)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(jìn)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(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行處理時(shí)，需要明確藥劑投入的數(shù)量及其經(jīng)濟(jì)性，如果其中投入的H₂O₂量比較大，就會(huì)提高廢水中COD_Cr的去除率。但是到達(dá)一定數(shù)量后，COD_Cr的去除率會(huì)呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)。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(huì)提高，達(dá)到一定程度后，COD_Cr的去除率就會(huì)下降[3]。在實(shí)際的工作中需要通過實(shí)驗(yàn)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(yīng)用

1、印染廢水中色度比較高，化學(xué)需氧量的濃度比較高，含鹽量也比較高，可生化性不強(qiáng)。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(jī)物轉(zhuǎn)換成可生化性比較好的物質(zhì)，對(duì)染料中發(fā)色的基團(tuán)進(jìn)行破壞，使色度降低，因而被廣泛的應(yīng)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(duì)蒽醌染整廢水進(jìn)行處理，這種廢水難以降解，化學(xué)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(shí)，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(shí)，使用芬頓工藝對(duì)中間體H酸生產(chǎn)的廢水進(jìn)行處理，能夠達(dá)到50%的化學(xué)需氧量去除率。

2、芬頓工藝在焦化廢水中的應(yīng)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(jìn)行生化處理，廢水也很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。厭氧好氧工藝法無法使焦化廢水達(dá)到合理的排放標(biāo)準(zhǔn)，雖然使用活性炭工藝進(jìn)行處理能夠達(dá)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(huì)出現(xiàn)二次污染。芬頓工藝在難降解有機(jī)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(yīng)用

垃圾滲濾液中含有很高濃度的有機(jī)物，其中的大部分是難以通過生物降解的有機(jī)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(yán)重失調(diào)，使用一般的生化處理工藝，過程比較復(fù)雜，效果一般。而使用芬頓工藝對(duì)生化處理后的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，出水水質(zhì)能夠達(dá)到二級(jí)污水排放標(biāo)準(zhǔn)，能夠提高垃圾滲濾液的可生化性，能夠?yàn)榻酉聛淼纳幚硖峁┲匾谋Ｕ稀?/span>

4、芬頓工藝在含酚物質(zhì)廢水中的應(yīng)用

酚類物質(zhì)的毒性比較高，對(duì)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(yīng)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(yīng)能夠很好地降解有毒有機(jī)污染物，并且有著比較廣泛的應(yīng)用氛圍，在實(shí)驗(yàn)室以及實(shí)際應(yīng)用中都取得了良好的效果。當(dāng)前工業(yè)廢水處理中都提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式，使用單一的污水處理廠對(duì)有毒的廢水進(jìn)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(jìn)行可生化性以及深度處理，加之其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)中水回用，達(dá)到循環(huán)利用的目的。

芬頓試劑法是針對(duì)一些特別難降解的機(jī)有污染物如高COD，利用硫酸亞鐵和雙氧水的強(qiáng)氧化還原性，生成反應(yīng)強(qiáng)氧化性的羥基自由基，與難降解的有機(jī)物生成自由基，最后有效的氧化分解（芬頓（Fenton）試劑反應(yīng)機(jī)理）。芬頓試劑的處理效果受到廢水污染物濃度，反應(yīng)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(huì)影響到廢水的處理效果。先通過正交實(shí)驗(yàn)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(jìn)行PH值調(diào)節(jié)的順序進(jìn)行投加。在硫酸亞鐵投加后反應(yīng)15分鐘左右，再進(jìn)行雙氧水的投加，反應(yīng)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?xí)斐纱罅康奈勰鄳腋∥镌趶U水中難以沉降。出現(xiàn)這種情況的原因大多數(shù)是因?yàn)榱蛩醽嗚F與雙氧水的投加比例沒有控制好，或雙氧水投加過量、反應(yīng)不徹底導(dǎo)致。出現(xiàn)這種情況后可以通過投加絮凝劑（聚丙烯酰胺）進(jìn)行強(qiáng)化絮凝沉淀?；蛘咄ㄟ^投加石灰粉進(jìn)行PH值調(diào)節(jié)及助凝對(duì)懸浮物進(jìn)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(yīng)條件和足夠的反應(yīng)時(shí)間，如果確定芬頓反應(yīng)進(jìn)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(duì)一些高色度與高COD廢水的去除率都可以達(dá)到90%-95%。