工业水处理芬顿法的优缺点分析

芬顿(Fenton)氧化原理

1894年英国的H.J.H.Fenton观察到，Fe2+和H2O2结合会产生羟基自由基·OH，这一发现开启了高级氧化技术的先河，即Fenton试剂氧化法。该技术主要依赖双氧水参与的链反应，进行有机物的降解，最终产物为CO2和H2O。影响Fenton试剂反应的关键因素包括溶液的pH、停留时间、温度、过氧化氢及Fe2+的浓度。

芬顿氧化过程可以表示为以下化学反应。

芬顿氧化优点

采用芬顿深度处理工艺具备以下显著优点：

1. 环境友好性：处理过程中不会产生如次氯酸钠等化学品导致的有毒物质，对环境影响小。

2. 空间利用率高：有机物氧化速度快，所需停留时间短（0.5~2小时），比传统生物处理方法（12~24小时）节省空间。

3. 操作灵活性：可根据进水水质变化调整处理条件，提高处理效率。对于高污染量废水，只需增加亚铁及H2O2的投药量及适当pH控制。

4. 初期投资成本低：相比生物处理系统，芬顿法投资成本仅为后者1/3~1/4。

5. 氧化能力强：氢氧自由基(·OH)具有强大氧化能力，可有效处理氯乙烯、BTEX、氯苯、1，4Dioxane、酚、多氯联苯、TCE、DCE、PCE等多种有毒物质，以及EDTA、酮类MTBE、MEK等。

芬顿氧化缺点

芬顿法在应用中也存在以下局限性：

1. 劳动强度大：双氧水操作难度高，硫酸亚铁需固体投加，导致污泥处理工作量增加。

2. 成本高、污泥多：双氧水药剂成本高，未计算污泥处理、设备折旧、维修费用等。

3. 容易返色：双氧水与硫酸亚铁投加量与比例不当或三价铁未沉淀完全，可能导致废水呈现微黄色或黄褐色。

4. 控制难度大：双氧水与硫酸亚铁的最佳比例需通过正交实验确定，且受反应pH值、反应时间、搅拌程度影响，比例控制较为困难。

5. 腐蚀性大：双氧水强氧化性对人体会造成一定程度腐蚀，硫酸亚铁也有一定腐蚀性。

6. 实际处理效果与理论值差异：处理COD的实际效果与理论预期存在较大差异，文献报道COD可达0mg/L，但实际操作中COD成分复杂，处理效果难以达到理论值。

芬顿氧化影响因素

1. pH值：芬顿氧化中pH值对反应速率有显著影响。酸性条件有利于Fe2+氧化成Fe3+，促进氢氧自由基生成，提高反应速率。但过低pH值会导致Fe3+沉淀，降低反应效率。适当的pH值可提高芬顿氧化效果。

2. 温度：温度影响反应速率。较高温度可加速反应，但过热导致氢氧自由基消耗过快，降低效率。适当温度有助于提高芬顿氧化效果。

3. 过氧化氢与催化剂投加量：H2O2与Fe2+的投加量需根据废水性质精确计算。H2O2量大可提高COD去除率，但过量会导致双氧水分解，释放O2，降低效率。Fe2+投加量需与H2O2相匹配，以避免无效分解。

芬顿法与其他方法联用

芬顿试剂在处理难生物降解、有毒、抑制性废水时表现稳定、有效。芬顿氧化或光芬顿氧化技术作为预处理或深度处理方法与生物法、混凝法等联用，可降低处理成本、提高效率。

芬顿试剂与生物法联用适用于以下废水类型：

1. 难生物降解废水；

2. 少量难生物降解有机物可生化废水；

3. 抑制性废水；

4. 生物降解中间产物具有抑制性废水。

芬顿试剂与离子交换法联用用于去除络合态金属离子，如EDTA、NTA、CN-等。芬顿试剂作为离子交换树脂的前置工艺，进行破络，最后由离子交换树脂去除金属或回收。

芬顿试剂与混凝法联用，特别是低剂量芬顿氧化－混凝法，特别适用于成分复杂的染料废水处理。此法可有效去除COD和色度，操作简便，成本低，提高后续混凝处理效果，对含活性染料废水具有良好的脱色和COD去除效果。

芬顿试剂与活性炭联用，芬顿试剂摧毁大分子有机物，使其分解为小分子有机物，随后活性炭吸附，高效去除水中有机物。

芬顿氧化设备组成

芬顿氧化设备包括加药设备、反应池、监测设备、絮凝池、沉淀池及反应过程。加药设备包括硫酸加药池、亚铁加药池、双氧水加药池及PAM加药池，可能还需曝气装置。反应池配备搅拌机，可采用类芬顿反应原理（添加紫外光源、微波发射器等）。监测设备包括PH探头和ORP探头。絮凝池和沉淀池分别配备搅拌机和PAM加药泵。反应过程需先调节pH值，随后投加硫酸亚铁、双氧水，最后加入碱回调pH值。

芬顿氧化技术问题及解决方法

芬顿氧化过程中需解决以下技术问题：

1. 硫酸亚铁投加后，加入双氧水的时机需控制在反应15分钟后，双氧水投加后反应20~40分钟，再加入碱回调pH值，处理效果更佳。

2. 芬顿氧化后产生的污泥沉降需通过投加絮凝剂（如聚丙烯酰胺）或石灰粉调节pH值及助凝，促进悬浮物凝聚沉淀。

3. 芬顿试剂的投加顺序需遵循先加酸、双氧水、硫酸亚铁，再加碱、PAM，一般反应需1-2小时。

芬顿氧化处理废水后出现红色、黑色或产生泡沫的原因及解决方法需具体问题具体分析，涉及废水成分、投药顺序、搅拌条件、药剂投加速度及有机物浓度等因素。确保芬顿氧化前后的水质控制，避免有害物质进入系统，控制进水悬浮物含量，选择合适的pH值范围进行处理，以优化芬顿氧化效果并减少问题发生。

芬顿(Fenton)氧化原理

1894年英国的H.J.H.Fenton观察到，Fe2+和H2O2结合会产生羟基自由基·OH，这一发现开启了高级氧化技术的先河，即Fenton试剂氧化法。该技术主要依赖双氧水参与的链反应，进行有机物的降解，最终产物为CO2和H2O。影响Fenton试剂反应的关键因素包括溶液的pH、停留时间、温度、过氧化氢及Fe2+的浓度。

芬顿氧化过程可以表示为以下化学反应。

芬顿氧化优点

采用芬顿深度处理工艺具备以下显著优点：

1. 环境友好性：处理过程中不会产生如次氯酸钠等化学品导致的有毒物质，对环境影响小。

2. 空间利用率高：有机物氧化速度快，所需停留时间短（0.5~2小时），比传统生物处理方法（12~24小时）节省空间。

3. 操作灵活性：可根据进水水质变化调整处理条件，提高处理效率。对于高污染量废水，只需增加亚铁及H2O2的投药量及适当pH控制。

4. 初期投资成本低：相比生物处理系统，芬顿法投资成本仅为后者1/3~1/4。

5. 氧化能力强：氢氧自由基(·OH)具有强大氧化能力，可有效处理氯乙烯、BTEX、氯苯、1，4Dioxane、酚、多氯联苯、TCE、DCE、PCE等多种有毒物质，以及EDTA、酮类MTBE、MEK等。

芬顿氧化缺点

芬顿法在应用中也存在以下局限性：

1. 劳动强度大：双氧水操作难度高，硫酸亚铁需固体投加，导致污泥处理工作量增加。

2. 成本高、污泥多：双氧水药剂成本高，未计算污泥处理、设备折旧、维修费用等。

3. 容易返色：双氧水与硫酸亚铁投加量与比例不当或三价铁未沉淀完全，可能导致废水呈现微黄色或黄褐色。

4. 控制难度大：双氧水与硫酸亚铁的最佳比例需通过正交实验确定，且受反应pH值、反应时间、搅拌程度影响，比例控制较为困难。

5. 腐蚀性大：双氧水强氧化性对人体会造成一定程度腐蚀，硫酸亚铁也有一定腐蚀性。

6. 实际处理效果与理论值差异：处理COD的实际效果与理论预期存在较大差异，文献报道COD可达0mg/L，但实际操作中COD成分复杂，处理效果难以达到理论值。

芬顿氧化影响因素

1. pH值：芬顿氧化中pH值对反应速率有显著影响。酸性条件有利于Fe2+氧化成Fe3+，促进氢氧自由基生成，提高反应速率。但过低pH值会导致Fe3+沉淀，降低反应效率。适当的pH值可提高芬顿氧化效果。

2. 温度：温度影响反应速率。较高温度可加速反应，但过热导致氢氧自由基消耗过快，降低效率。适当温度有助于提高芬顿氧化效果。

3. 过氧化氢与催化剂投加量：H2O2与Fe2+的投加量需根据废水性质精确计算。H2O2量大可提高COD去除率，但过量会导致双氧水分解，释放O2，降低效率。Fe2+投加量需与H2O2相匹配，以避免无效分解。

芬顿法与其他方法联用

芬顿试剂在处理难生物降解、有毒、抑制性废水时表现稳定、有效。芬顿氧化或光芬顿氧化技术作为预处理或深度处理方法与生物法、混凝法等联用，可降低处理成本、提高效率。

芬顿试剂与生物法联用适用于以下废水类型：

1. 难生物降解废水；

2. 少量难生物降解有机物可生化废水；

3. 抑制性废水；

4. 生物降解中间产物具有抑制性废水。

芬顿试剂与离子交换法联用用于去除络合态金属离子，如EDTA、NTA、CN-等。芬顿试剂作为离子交换树脂的前置工艺，进行破络，最后由离子交换树脂去除金属或回收。

芬顿试剂与混凝法联用，特别是低剂量芬顿氧化－混凝法，特别适用于成分复杂的染料废水处理。此法可有效去除COD和色度，操作简便，成本低，提高后续混凝处理效果，对含活性染料废水具有良好的脱色和COD去除效果。

芬顿试剂与活性炭联用，芬顿试剂摧毁大分子有机物，使其分解为小分子有机物，随后活性炭吸附，高效去除水中有机物。

芬顿氧化设备组成

芬顿氧化设备包括加药设备、反应池、监测设备、絮凝池、沉淀池及反应过程。加药设备包括硫酸加药池、亚铁加药池、双氧水加药池及PAM加药池，可能还需曝气装置。反应池配备搅拌机，可采用类芬顿反应原理（添加紫外光源、微波发射器等）。监测设备包括PH探头和ORP探头。絮凝池和沉淀池分别配备搅拌机和PAM加药泵。反应过程需先调节pH值，随后投加硫酸亚铁、双氧水，最后加入碱回调pH值。

芬顿氧化技术问题及解决方法

芬顿氧化过程中需解决以下技术问题：

1. 硫酸亚铁投加后，加入双氧水的时机需控制在反应15分钟后，双氧水投加后反应20~40分钟，再加入碱回调pH值，处理效果更佳。

2. 芬顿氧化后产生的污泥沉降需通过投加絮凝剂（如聚丙烯酰胺）或石灰粉调节pH值及助凝，促进悬浮物凝聚沉淀。

3. 芬顿试剂的投加顺序需遵循先加酸、双氧水、硫酸亚铁，再加碱、PAM，一般反应需1-2小时。

芬顿氧化处理废水后出现红色、黑色或产生泡沫的原因及解决方法需具体问题具体分析，涉及废水成分、投药顺序、搅拌条件、药剂投加速度及有机物浓度等因素。确保芬顿氧化前后的水质控制，避免有害物质进入系统，控制进水悬浮物含量，选择合适的pH值范围进行处理，以优化芬顿氧化效果并减少问题发生。

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