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實(shí)用干貨 | 芬頓氧化法技術(shù)
來(lái)源：科柏盛環(huán)保 發(fā)布時(shí)間：2021-04-09
一、Fenton反應(yīng)原理
1、Fenton試劑利用過(guò)氧化氫與亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)化能力的羥基自由基（·OH），用于氧化水中難分解的有機(jī)物
2、亞鐵離子氧化成鐵離子（Fe3+），鐵離子有混凝作用，可用于去除部分有機(jī)物。
二、影響Fenton試劑氧化能力的因素
1、亞鐵離子濃度
亞鐵離子濃度應(yīng)維持在亞鐵離子與其反應(yīng)物之濃度比值為1：10~50（wt/wt）
2、過(guò)氧化氫濃度
過(guò)氧化氫濃度越高的情況下，其氧化反應(yīng)產(chǎn)物更接近于*終產(chǎn)物。過(guò)氧化氫濃度過(guò)高，反而造成反應(yīng)速率可能不如預(yù)期一樣增加。以連續(xù)的方式加入低濃度的過(guò)氧化氫，可得到較好的氧化效果。
3、反應(yīng)溫度
當(dāng)過(guò)氧化氫濃度超過(guò)10~20g/L時(shí)，一般將其反應(yīng)的溫度設(shè)定在20~40℃之間。
4、溶液的pH值
在pH值2~4范圍內(nèi)，通�？傻玫捷^快的有機(jī)物分解速率。
三、Fenton法實(shí)驗(yàn)操作步驟
芬頓試劑的主要藥劑是硫酸亞鐵、雙氧水和堿。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。
1、先通過(guò)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）
2、調(diào)節(jié)pH值，投加硫酸亞鐵，再投加雙氧水。
3、再投加堿，調(diào)節(jié)pH使污泥沉降即可。
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。
若進(jìn)水水質(zhì)不固定，如何控制雙氧水的添加量不過(guò)量？
投加量需要通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確定一個(gè)相對(duì)保守的量，然后在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)進(jìn)行微調(diào)。
某水樣的理論芬頓試劑投加計(jì)算公式：
水樣1000mL，去除COD4500mg/L，COD：H202 1:1，H2O2：Fe2+ 10：1
雙氧水濃度30%，即1mL含300mgH202
亞鐵溶液質(zhì)量濃度8%，即1mL含80mgFeSO4·7H2O
雙氧水質(zhì)量=1×1L×4500mg/L=4500mg
雙氧水體積=4500mg/300mg/mL=15mL
雙氧水摩爾質(zhì)量=4500/34=132.35mmol
亞鐵摩爾質(zhì)量=132.35/10=13.24mmol
亞鐵質(zhì)量=13.24×278=3679.4mg
亞鐵溶液體積=3679.4/80=45.99mL
結(jié)論1：理論投加量噸廢水投雙氧水10~15升，每噸雙氧水1200元，即噸廢水耗雙氧水12~18元；
結(jié)論2：理論投加量噸廢水投硫酸亞鐵3.6kg，每硫酸亞鐵600元，即噸廢水耗硫酸亞鐵2.16元；
如果不需要去除4500COD，再按比例減。
四、普通Fenton氧化法在難降解廢水處理中的應(yīng)用
1、處理酚類(lèi)廢水
孟慶堯等采用Fenton氧化對(duì)含酚類(lèi)物質(zhì)的廢水進(jìn)行了處理研究，結(jié)果表明：在pH為4，H2O2投加量為25mg/L，F(xiàn)e2+ 投加量為4mg/L，時(shí)間為1h，溫度為室溫時(shí)，苯酚去除率可達(dá)到較高水平，COD的降解也取得了明顯的效果。
程麗華等采用Fenton試劑對(duì)酚類(lèi)物質(zhì)模擬水樣進(jìn)行處理研究，當(dāng)H2O2濃度為4mmol/L、FeSO4濃度為0.5mmol/L，pH為3，室溫反應(yīng)40min，F(xiàn)enton試劑對(duì)7種酚類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行處理，去除率均在98%以上。
2、處理印染廢水
沈擁軍等采用Fenton氧化法對(duì)活性皂青印染廢水進(jìn)行降解處理，表明在FeSO4/H2O2摩爾比為2∶3，廢水pH值為5.0，反應(yīng)溫度為40℃時(shí)，印染廢水色度去除率可達(dá)到99.9％，COD去除率可達(dá)到89.4％。
王濱松等采用Fenton試劑對(duì)三種活性染料（orangeBN、navyRGB和redRGB）廢水進(jìn)行降解研究，結(jié)果表明：進(jìn)行工藝優(yōu)化后，三種染料的脫色率均在99%以上，在脫色的工藝條件下，通過(guò)正交試驗(yàn)得出這三種染料的COD去除率分別能夠達(dá)到88.9%，98.3%和93.4%。
3、處理皮革廢水
王成軍等對(duì)皮革廢水生物出水采用Fenton試劑法進(jìn)行處理，表明在pH值為5，H2O2投加量為200mg/L，F(xiàn)e2+的投加量為500mg/L，反應(yīng)時(shí)間50min的條件下，COD的質(zhì)量濃度由333mg/L 降至89mg/L，色度從90倍降至5倍以下，出水達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）皮革廢水一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
五、Fenton氧化法仍存在的問(wèn)題
Fenton氧化法在眾多相關(guān)的廢水處理技術(shù)中，已被認(rèn)為是*有效、*簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的方法之一，可仍有很多問(wèn)題尚需解決。
1、久置雙氧水易分解，質(zhì)量分?jǐn)?shù)不穩(wěn)定，需要經(jīng)常標(biāo)定；
2、過(guò)氧化氫的利用率較低，處理成本較高；
3、亞鐵離子容易流失，影響出水色度，需要后續(xù)脫色處理；
4、pH使用范圍較窄，經(jīng)常需要調(diào)節(jié)廢水的pH值，增加處理成本；
5、遇到*多的問(wèn)題可能更多是產(chǎn)生的污泥如何處理？作危險(xiǎn)廢物還是再利用？企業(yè)如何解決高額的運(yùn)行費(fèi)用？有很多污水站芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的污泥，通過(guò)板框壓濾機(jī)，濃縮后脫水。而產(chǎn)生的污泥含有大量的微生物、多種金屬離子、有機(jī)污染等。如果作為廢物處理，不僅僅是對(duì)資源的一種浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。
1、Fenton試劑利用過(guò)氧化氫與亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)化能力的羥基自由基（·OH），用于氧化水中難分解的有機(jī)物
2、亞鐵離子氧化成鐵離子（Fe3+），鐵離子有混凝作用，可用于去除部分有機(jī)物。
二、影響Fenton試劑氧化能力的因素
1、亞鐵離子濃度
亞鐵離子濃度應(yīng)維持在亞鐵離子與其反應(yīng)物之濃度比值為1：10~50（wt/wt）
2、過(guò)氧化氫濃度
過(guò)氧化氫濃度越高的情況下，其氧化反應(yīng)產(chǎn)物更接近于*終產(chǎn)物。過(guò)氧化氫濃度過(guò)高，反而造成反應(yīng)速率可能不如預(yù)期一樣增加。以連續(xù)的方式加入低濃度的過(guò)氧化氫，可得到較好的氧化效果。
3、反應(yīng)溫度
當(dāng)過(guò)氧化氫濃度超過(guò)10~20g/L時(shí)，一般將其反應(yīng)的溫度設(shè)定在20~40℃之間。
4、溶液的pH值
在pH值2~4范圍內(nèi)，通�？傻玫捷^快的有機(jī)物分解速率。
三、Fenton法實(shí)驗(yàn)操作步驟
芬頓試劑的主要藥劑是硫酸亞鐵、雙氧水和堿。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。
1、先通過(guò)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）
2、調(diào)節(jié)pH值，投加硫酸亞鐵，再投加雙氧水。
3、再投加堿，調(diào)節(jié)pH使污泥沉降即可。
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。
若進(jìn)水水質(zhì)不固定，如何控制雙氧水的添加量不過(guò)量？
投加量需要通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確定一個(gè)相對(duì)保守的量，然后在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)進(jìn)行微調(diào)。
某水樣的理論芬頓試劑投加計(jì)算公式：
水樣1000mL，去除COD4500mg/L，COD：H202 1:1，H2O2：Fe2+ 10：1
雙氧水濃度30%，即1mL含300mgH202
亞鐵溶液質(zhì)量濃度8%，即1mL含80mgFeSO4·7H2O
雙氧水質(zhì)量=1×1L×4500mg/L=4500mg
雙氧水體積=4500mg/300mg/mL=15mL
雙氧水摩爾質(zhì)量=4500/34=132.35mmol
亞鐵摩爾質(zhì)量=132.35/10=13.24mmol
亞鐵質(zhì)量=13.24×278=3679.4mg
亞鐵溶液體積=3679.4/80=45.99mL
結(jié)論1：理論投加量噸廢水投雙氧水10~15升，每噸雙氧水1200元，即噸廢水耗雙氧水12~18元；
結(jié)論2：理論投加量噸廢水投硫酸亞鐵3.6kg，每硫酸亞鐵600元，即噸廢水耗硫酸亞鐵2.16元；
如果不需要去除4500COD，再按比例減。
四、普通Fenton氧化法在難降解廢水處理中的應(yīng)用
1、處理酚類(lèi)廢水
孟慶堯等采用Fenton氧化對(duì)含酚類(lèi)物質(zhì)的廢水進(jìn)行了處理研究，結(jié)果表明：在pH為4，H2O2投加量為25mg/L，F(xiàn)e2+ 投加量為4mg/L，時(shí)間為1h，溫度為室溫時(shí)，苯酚去除率可達(dá)到較高水平，COD的降解也取得了明顯的效果。
程麗華等采用Fenton試劑對(duì)酚類(lèi)物質(zhì)模擬水樣進(jìn)行處理研究，當(dāng)H2O2濃度為4mmol/L、FeSO4濃度為0.5mmol/L，pH為3，室溫反應(yīng)40min，F(xiàn)enton試劑對(duì)7種酚類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行處理，去除率均在98%以上。
2、處理印染廢水
沈擁軍等采用Fenton氧化法對(duì)活性皂青印染廢水進(jìn)行降解處理，表明在FeSO4/H2O2摩爾比為2∶3，廢水pH值為5.0，反應(yīng)溫度為40℃時(shí)，印染廢水色度去除率可達(dá)到99.9％，COD去除率可達(dá)到89.4％。
王濱松等采用Fenton試劑對(duì)三種活性染料（orangeBN、navyRGB和redRGB）廢水進(jìn)行降解研究，結(jié)果表明：進(jìn)行工藝優(yōu)化后，三種染料的脫色率均在99%以上，在脫色的工藝條件下，通過(guò)正交試驗(yàn)得出這三種染料的COD去除率分別能夠達(dá)到88.9%，98.3%和93.4%。
3、處理皮革廢水
王成軍等對(duì)皮革廢水生物出水采用Fenton試劑法進(jìn)行處理，表明在pH值為5，H2O2投加量為200mg/L，F(xiàn)e2+的投加量為500mg/L，反應(yīng)時(shí)間50min的條件下，COD的質(zhì)量濃度由333mg/L 降至89mg/L，色度從90倍降至5倍以下，出水達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）皮革廢水一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
五、Fenton氧化法仍存在的問(wèn)題
Fenton氧化法在眾多相關(guān)的廢水處理技術(shù)中，已被認(rèn)為是*有效、*簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的方法之一，可仍有很多問(wèn)題尚需解決。
1、久置雙氧水易分解，質(zhì)量分?jǐn)?shù)不穩(wěn)定，需要經(jīng)常標(biāo)定；
2、過(guò)氧化氫的利用率較低，處理成本較高；
3、亞鐵離子容易流失，影響出水色度，需要后續(xù)脫色處理；
4、pH使用范圍較窄，經(jīng)常需要調(diào)節(jié)廢水的pH值，增加處理成本；
5、遇到*多的問(wèn)題可能更多是產(chǎn)生的污泥如何處理？作危險(xiǎn)廢物還是再利用？企業(yè)如何解決高額的運(yùn)行費(fèi)用？有很多污水站芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的污泥，通過(guò)板框壓濾機(jī)，濃縮后脫水。而產(chǎn)生的污泥含有大量的微生物、多種金屬離子、有機(jī)污染等。如果作為廢物處理，不僅僅是對(duì)資源的一種浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。
