废水“重生”术！起底芬顿氧化技术的妙用和七大常见问题

废水“重生”术！起底芬顿氧化技术的妙用和七大常见问题

随着工业的快速发展，废水处理成为环境保护的重要任务。芬顿氧化技术作为一种高级氧化技术，在废水处理中发挥着重要作用。它能够有效降解废水中的有机物，降低污染物含量，为实现水资源的可持续利用提供了有力支持。本文将深入探讨芬顿氧化技术的原理、影响因素、联用方法以及常见问题。

芬顿 (Fenton) 氧化原理

1894 年，英国的 H.J.H.Fenton 发现，Fe²⁺和 H₂O₂结合会产生羟基自由基・OH，这种自由基具有极强的氧化能力，能够与废水中的有机物发生链反应，使有机物降解，最终生成 CO₂和 H₂O。基于这个双氧水参与的链反应，诞生了首个高级氧化技术 ——Fenton 试剂氧化法。

芬顿氧化过程主要涉及以下反应：Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ +・OH + OH⁻。在这个过程中，Fe²⁺起到催化剂的作用，促进 H₂O₂分解产生羟基自由基。羟基自由基能够迅速攻击有机物分子，使其发生氧化反应，从而实现废水的净化。

芬顿氧化影响因素

1. pH 值

pH 值是芬顿氧化的关键影响因素之一。在酸性条件下，Fe²⁺容易被氧化成 Fe³⁺，从而促进氢氧自由基的生成，提高反应速率。然而，过低的 pH 值会导致 Fe³⁺的沉淀，降低反应效率。一般来说，适当的 pH 值范围在 2.5 至 4.0 之间，可以提高芬顿氧化的效果。例如，在处理某些特定废水时，需要根据废水的性质和成分，通过实验确定最佳的 pH 值。

2. 温度

温度对芬顿氧化反应速率也有重要影响。在较高的温度下，反应速率会加快，但过高的温度会导致氢氧自由基的消耗过快，从而降低反应效率。通常，在一定的温度范围内，温度的升高可以促进反应的进行，但需要考虑到实际操作中的成本和能耗问题。

3. 过氧化氢与催化剂投加量

芬顿工艺在处理废水时，需要合理判断药剂投加量及经济性。H₂O₂的投加量大，废水 COD 的去除率会有所提高，但当 H₂O₂投加量增加到一定程度后，COD 的去除率会慢慢下降。这是因为在芬顿反应中，H₂O₂投加量增加，・OH 的产量会增加，从而使 COD 的去除率升高。然而，当 H₂O₂的浓度过高时，双氧水会发生分解，并不产生羟基自由基。催化剂 Fe²⁺的投加量也存在类似情况。一般情况下，增加 Fe²⁺的用量，废水 COD 的去除率会增大，但当 Fe²⁺增加到一定程度后，COD 的去除率开始下降。这是因为当 Fe²⁺浓度低时，随着 Fe²⁺浓度升高，H₂O₂产生的・OH 增加；当 Fe²⁺的浓度过高时，也会导致 H₂O₂发生无效分解，释放出 O₂。

芬顿法与其他方法联用

1. 芬顿试剂 + 生物法

芬顿试剂与生物处理方法联用是目前最常用的方式之一。这种联用适用于难生物降解废水、含有少量难生物降解有机物可生化废水、抑制性废水以及污染物的生物降解中间产物具有抑制性废水等四种类型的废水。芬顿试剂能够破坏废水中的难降解有机物，使其转化为可生物降解的物质，然后再通过生物处理进一步去除污染物，从而降低废水处理成本，提高处理效率。

2. 芬顿试剂 + 离子交换法

在工业生产中，往往存在很多络合态金属离子，如 EDTA、NTA、CN⁻等。芬顿工艺可以作为离子交换树脂的前置工艺使用，进行破络，最后由离子交换树脂去除金属或回收。这种联用方法能够有效地去除废水中的络合态金属离子，提高废水的处理效果。

3. 芬顿试剂 + 混凝法

低剂量芬顿氧化－混凝法特别适合处理成分复杂的染料废水。该方法先进行芬顿试剂预氧化处理，然后再进行混凝处理，可以大大提高后续混凝处理的处理效果。这种两段工艺对含活性染料废水具有很好的脱色和 COD 去除效果。

4. 芬顿试剂 + 活性炭

活性炭作为优良的吸附剂广泛用于水处理。对于一些废水中存在大分子但 COD 不是很高的情况，芬顿试剂 + 活性炭法可以有效地去除水中有机物。芬顿试剂摧毁大分子有机物变成小分子有机物，然后活性炭吸附，从而实现废水的净化。

5. 芬顿 + 超声波

超声化学的主要作用原理是超声作用下液体的声空化，即液体中的气泡在超声作用下在极短的时间内崩溃，产生高温、高压、高温度变化率，并伴有强烈的冲击波和高速射流，这些极端环境足以将泡内气体和液体交界面的介质加热分解为强氧化性的物质如・O、・OH、・HO₂等，从而促进有机物的 “水相燃烧” 反应。超声波处理和芬顿试剂强化双低频超声波氧化技术都具有明显的协同效应。

常见七大问题

1. 加硫酸亚铁后多久加入双氧水

先通过正交实验确定硫酸亚铁与双氧水的投加比例。再按照先调 pH 值，投加硫酸亚铁，反应 15 分钟左右后投加双氧水，反应 20 - 40 分钟后再加入碱回调 pH 值，处理效果更佳。

2. 芬顿氧化后污泥沉降如何处理

由于硫酸亚铁的大量投加，会产生大量铁泥，可能导致污泥悬浮物难以沉降。这种情况通常是由于硫酸亚铁与双氧水的投加比例不当、双氧水投加过量或反应不彻底导致。可以通过投加絮凝剂（聚丙烯酰胺）进行强化絮凝沉淀，或者投加石灰粉进行 pH 值调节及助凝。

3. 芬顿试剂的投加顺序是怎么样的

加酸→加双氧水、硫酸亚铁→加碱→加 PAM。如果进水水质为酸性可省略加酸，这种投加顺序可以使铁盐在芬顿后生成具有很好絮凝作用的沉淀物，节省絮凝沉淀药剂的投加。反应结束后加碱回调 pH 值至中性，使铁离子生成氢氧化铁沉淀，再添加 PAM 作为絮凝剂。

4. 芬顿法处理废水后为何出现红色

主要原因是铁离子的影响和有机物的反应产物。铁离子浓度较高或沉淀不完全时可能使废水呈现红色。一些有机物在氧化过程中可能生成带有红色发色基团的中间产物，也会导致废水变红。

5. 芬顿法处理废水后为何出现黑色

可能是铁离子的沉淀和聚集，或者有机物的不完全氧化。当反应体系中的铁离子与氢氧根离子结合生成氢氧化铁沉淀，沉淀颗粒较大或聚集在一起时，废水可能呈现黑色。此外，有机物不完全氧化形成的黑色难降解物质也会使废水变黑。

6. 芬顿法处理废水后为何产生泡沫

可能是废水中含有表面活性剂，或者硫酸亚铁投加过程中水力搅拌条件控制不好，双氧水投加时间过快、速度太快，以及废水中有机物浓度太高，导致双氧水分解过快，产生氧气夹带着 SS 形成气泡。

7. 芬顿法的进水水质要求如何控制

在酸性条件下易产生有毒有害气体的污染物（如硫离子、氰根离子等）不应进入芬顿氧化工艺单元；进水中悬浮物含量宜小于 200mg/L；应控制进水中 Cl⁻、H₂PO₄⁻、HCO₃⁻、油类和其他影响芬顿氧化反应的无机离子或污染物浓度，其限制浓度应根据试验结果确定。

尾声

芬顿氧化技术作为一种有效的废水处理方法，在实际应用中具有重要的价值。然而，它也面临着一些挑战，如投加比例难以控制、容易产生污泥、处理效果受多种因素影响等。

为了更好地发挥芬顿氧化技术的优势，需要不断探索和改进其应用方法，与其他处理方法联用，提高处理效率，降低处理成本。同时，也需要加强对芬顿氧化技术的研究，深入了解其反应机理和影响因素，为废水处理提供更加科学、有效的解决方案。