芬頓（Fenton）工藝污水處理全過(guò)程，看完你就懂了!

芬頓反應(yīng)器的原理

芬頓（Fenton）工藝是一種高級(jí)氧化技術(shù)，廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域，尤其適用于難降解有機(jī)物的處理。其基本原理是利用過(guò)氧化氫（H?O?）和亞鐵離子（Fe2?）在酸性條件下反應(yīng)生成強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH），羥基自由基具有極強(qiáng)的氧化能力，能夠?qū)⑽鬯械挠袡C(jī)物氧化分解為小分子物質(zhì)，甚至徹底礦化為二氧化碳和水。

反應(yīng)方程式：

1. Fe2? + H?O? → Fe3? + ·OH + OH?

2. Fe3? + H?O? → Fe2? + ·OOH + H?

羥基自由基（·OH）的氧化電位高達(dá)2.8V，幾乎可以氧化所有有機(jī)物，因此芬頓工藝在處理難降解有機(jī)物方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

Fenton試劑法的優(yōu)點(diǎn)

Fenton試劑是一種常用的高級(jí)氧化技術(shù)，相對(duì)其他氧化劑而言，其在黑暗中就能破壞有機(jī)物，具有操作過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)易得、運(yùn)行成本低廉、設(shè)備投資少且對(duì)環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)。

芬頓Fenton高級(jí)氧化法

Fenton法的原理：

Fenton化學(xué)氧化法是應(yīng)用雙氧水(H2O2)與亞鐵(Fe2+)反應(yīng)產(chǎn)生氫氧自由基的原理，進(jìn)行氧化有機(jī)污染反應(yīng)，將廢水中有機(jī)物污染氧化成二氧化碳和水的一種高級(jí)氧化處理技術(shù)。其化學(xué)反應(yīng)機(jī)制如下：

H2O2+Fe2+→OH+OH-+Fe3+→Fe(OH)3↓

影響Fenton法氧化反應(yīng)效果與速率因子：反應(yīng)物本身的特性，H2O2的劑量，F(xiàn)e2+的濃度，pH值，反應(yīng)時(shí)間，溫度。

Fenton法的優(yōu)點(diǎn)：

①對(duì)環(huán)境友善：處理后不像其它的化學(xué)藥品，如漂白水(次氯酸鈉)，易產(chǎn)生氯化有機(jī)物等毒性物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成傷害。

②占地空間?。河袡C(jī)物氧化的速度相當(dāng)快，所需的停留時(shí)間短,約0.5~2小時(shí)即可，不像一般的生物處理約需12~24小時(shí)，因時(shí)間短，相對(duì)反應(yīng)槽容積不需太大，可節(jié)省空間。

③操作彈性大：可依進(jìn)流水水質(zhì)的好壞來(lái)改變操作條件，提高處理量。而一般的生物處理難以彈性操作。針對(duì)較高的污染量只需提高亞鐵及H2O2加藥量及適當(dāng)?shù)膒H控制即可。

④初設(shè)成本低：與一般的生物處理系統(tǒng)相較，約只須其投資成本的1/3~1/4。

⑤氧化能力強(qiáng)：所產(chǎn)生的氫氧自由基(OH)氧化能力相當(dāng)強(qiáng)?？商幚矶喾N毒性物質(zhì)，如氯乙烯、BTEX、氯苯、1，4Dioxane，酚、多氯聯(lián)苯、TCE、DCE、PCE等，另EDTA和酮類MTBE、MEK等亦有效。

傳統(tǒng)Fenton法缺點(diǎn)：

①瓶頸1：Fe2+為催化劑,使H2O2產(chǎn)生成OH及OH-，但同時(shí)也伴隨著大量污泥,Fe(OH)3的產(chǎn)生成為應(yīng)用中的一大缺點(diǎn)。

②瓶頸2：COD達(dá)一定的去除率后，無(wú)法再繼續(xù)去除有機(jī)物，易造成H2O2用藥的消耗。

傳統(tǒng)Fenton法改良

針對(duì)污泥含量高的缺點(diǎn)，臺(tái)灣工研院陸續(xù)開(kāi)發(fā)了改良式低污泥的廢水高級(jí)氧化處理技術(shù)，其中之一就是流體化床-Fenton法。

①流體化床-Fenton法

原理：利用0.2~0.5mm硅砂擔(dān)體在結(jié)晶槽中作為結(jié)晶核種，將要處理的廢水及添加藥劑由反應(yīng)池底部進(jìn)入并向上流動(dòng)。而反應(yīng)槽外接有一回流水回路，用以調(diào)整進(jìn)流水過(guò)飽和度及達(dá)到擔(dān)體上流速度，使待處理的無(wú)機(jī)離子于硅砂擔(dān)體表面形成穩(wěn)態(tài)結(jié)晶體，當(dāng)晶體粒徑達(dá)1~2mm后，排出槽外進(jìn)行回收再利用或達(dá)到廢棄物減排的目的。

反應(yīng)機(jī)制：

H2O2+Fe2+→OH+Fe(OH)2+→……FeOOH,H2O2+FeOOH→……

技術(shù)特點(diǎn)：同相及異相的催化反應(yīng)，污泥減少70%。減少H2O2用藥的浪費(fèi)。

適用廢水COD濃度：50~1000mg/l。

②深度處理規(guī)劃構(gòu)想

A.現(xiàn)有工廠的廢水處理系統(tǒng)，一般為二沉池后直接排放。因此擬規(guī)劃一套流體化床系統(tǒng)直接將現(xiàn)在放流水排至FBR進(jìn)流暫存池，接續(xù)后段FBR-Fenton反應(yīng)。FBR-Fenton系統(tǒng)包含進(jìn)流水調(diào)節(jié)池，F(xiàn)BR反應(yīng)槽，脫氣池，中和池，慢混池，快沉池，泡藥系統(tǒng)與加藥系統(tǒng)。經(jīng)FBR-Fenton處理后的水排回原來(lái)排放口排放。

B.Fenton流體化床系統(tǒng)須新設(shè)一套FeSO4泡置系統(tǒng)供應(yīng)系統(tǒng)所須的亞鐵，一套H2O2儲(chǔ)存與加藥系統(tǒng)，一套Ca(OH)2加藥系統(tǒng)。

C.考慮現(xiàn)場(chǎng)用地，為節(jié)省空間采用機(jī)器式快沉槽作為污泥沉降用。

D.預(yù)估各階段水質(zhì)：

項(xiàng)目化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)出水

(即FBR-Fenton進(jìn)水)FBR-Fenton出水

S.S(mg/l)<30<30

COD(mg/l)80~110<50

Fenton系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述

在二沉池出水井用Fenton供料泵送至Fenton氧化塔，將廢水中難以降解的污染物氧化降解，F(xiàn)enton氧化塔出水自流至中和池，在中和池投加液堿，將廢水中和至中性；中和池廢水自流至脫氣池中，通過(guò)鼓風(fēng)攪拌，將廢水中的少量氣泡脫除；脫氣池出水自流至混凝反應(yīng)池中，在該池中投加絮凝劑PAM并進(jìn)行充分反應(yīng)，使廢水中鐵泥絮凝；混凝反應(yīng)后的廢水自流至終沉池，將其中的鐵泥沉淀，上清液達(dá)標(biāo)排放。終沉池鐵泥由污泥泵送至原污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

芬頓氧化技術(shù)的常見(jiàn)問(wèn)題解答

01.加硫酸亞鐵后多久加入雙氧水

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(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)。

再按照先調(diào)pH值，投加硫酸亞鐵，再投加雙氧水，再進(jìn)芬頓試劑投加順序與污泥沉降處理行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。

02.污水處理中需要哪些設(shè)備

加藥設(shè)備：硫酸加藥池、亞鐵加藥池、雙氧水加藥池、PAM加藥池（有的建議設(shè)曝氣裝置），當(dāng)然也要配備加藥泵。
反應(yīng)池：攪拌機(jī)，如果想提gao效率可以采用類芬頓反應(yīng)原理（添加紫外光源，微波發(fā)射器等），不過(guò)一般的芬頓反應(yīng)池可以不用。

監(jiān)測(cè)設(shè)備：pH探頭，ORP探頭。

絮凝池：攪拌機(jī)，PAM加藥泵。

沉淀池：一般采用斜管沉淀池，污泥泵。

反應(yīng)過(guò)程：先調(diào)節(jié)pH到適合，進(jìn)入芬頓反應(yīng)池反應(yīng)，絮凝，沉淀。

03.芬頓氧化后污泥沉降如何處理

由于芬頓氧化過(guò)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)是因硫酸亞鐵與雙氧水的投加比例沒(méi)有控制好，或雙氧水投加過(guò)量、反應(yīng)不徹底導(dǎo)致。出現(xiàn)這種情況后可以通過(guò)投加絮凝劑(聚丙烯酰胺)進(jìn)行強(qiáng)化絮凝沉淀，或者通過(guò)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。

04.芬頓處理缺點(diǎn)及問(wèn)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）芬頓存在不少問(wèn)題，主要如下：

（1）芬頓處理勞動(dòng)強(qiáng)度大。雙氧水操作難度大，硫酸亞鐵投加必須是固體，且硫酸亞鐵含鐵20%左右，相對(duì)于聚鐵的11%含鐵，大大增加了污泥處理強(qiáng)度。 

（2）芬頓處理的成本高，污泥多。如雙氧水的藥劑成本高也是一方面，并且現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)所計(jì)算的成本往往還不包括污泥增加（硫酸亞鐵的投加帶來(lái)的大量污泥），設(shè)備折舊，維修費(fèi)用等。

（3）芬頓處理容易返色。（如雙氧水與硫酸亞鐵的投加量與投加比例控制不好，或三價(jià)鐵不沉淀容易導(dǎo)致廢水呈現(xiàn)出微黃色或黃褐色。) 

（4）比較難控制。因?yàn)殡p氧水與硫酸亞鐵的zui佳比例需要進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)才可以得出，并且受到反應(yīng)pH值、反映時(shí)間長(zhǎng)短、攪拌混合程度的影響，所以比例很難控制。 

（5）芬頓處理腐蝕性大，連水泥池都被腐蝕掉。雙氧水強(qiáng)氧化性，其氧化性僅次于氟氣，如果防護(hù)不好對(duì)人體都有一定程度的腐蝕，硫酸亞鐵也具有一定的腐蝕性。

（6）芬頓的處理效果也不是像文獻(xiàn)說(shuō)的那么好。大部份文獻(xiàn)說(shuō)可以把COD處理到0mg/L，實(shí)際上通過(guò)眾多客戶的驗(yàn)證很難以處理到50mg/L，根本達(dá)不到新的排放標(biāo)準(zhǔn)。

05.芬頓試劑的投加順序

加酸→加雙氧水、硫酸亞鐵→加堿→加PAM，一般芬頓處理需要1-2小時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到降解作用。

如果進(jìn)水水質(zhì)為酸性則可省略加酸，這種投加順序可以使鐵鹽在芬頓后生成具有很好絮凝作用的沉淀物，節(jié)省芬頓后的絮凝沉淀藥劑的投加。

芬頓反應(yīng)結(jié)束后因硫酸亞鐵的投加會(huì)產(chǎn)生鐵離子，可先將水質(zhì)加堿回調(diào)至中性，使鐵離子在堿性環(huán)境中生成氫氧化鐵沉淀。此時(shí)可添加PAM作為絮凝劑，使懸浮物凈化更干凈，形成更加密實(shí)的污泥。

06.芬頓法處理廢水后出現(xiàn)紅色

調(diào)節(jié)pH值至2.5左右后，必須先進(jìn)行硫酸亞鐵的投加，讓其與廢水進(jìn)行充分水解析出二價(jià)鐵離子后再加入雙氧水進(jìn)行氧化生成自由基，這樣則不會(huì)造成雙氧水的浪費(fèi)，且雙氧水過(guò)多的先進(jìn)行投加會(huì)導(dǎo)致廢水發(fā)黑，沉淀池會(huì)產(chǎn)生氣泡，也會(huì)致使COD不降反高。

07.芬頓法處理廢水后出現(xiàn)黑色

芬頓反應(yīng)的pH值條件必須在2.5或稍高，也就是說(shuō)必須在酸性條件下反應(yīng)，但是低不得低于2.5。

一旦pH值小于2.5，亞鐵離子完全反應(yīng)成三價(jià)鐵離子無(wú)法轉(zhuǎn)換，則會(huì)導(dǎo)致大量的鐵泥沉淀使廢水成紅色，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加硫酸亞鐵的增多，紅色就會(huì)越來(lái)越濃。

08.芬頓法處理廢水后產(chǎn)生泡沫原因

（1）因?yàn)楣に噺U水的成份復(fù)雜，在廢水中是否含有部份表面活性劑使其產(chǎn)生泡沫。

（2）芬頓試劑硫酸亞鐵的投加過(guò)程中，水力攪拌條件控制不好，使其水解不均勻，只得部份雙氧水分解過(guò)快導(dǎo)致泡沫的產(chǎn)生，廢水中就對(duì)雙氧水具有催化作用。

（3）芬頓投加過(guò)程中雙氧水投加時(shí)間過(guò)快，投加速度太快也會(huì)導(dǎo)致其雙氧水分解過(guò)快，產(chǎn)生氧氣夾帶著SS形成氣泡，產(chǎn)生泡沫的原理與第2點(diǎn)一樣。

（4）廢水中有機(jī)物濃度太高，有機(jī)物濃度高，藥劑增加也會(huì)使氧氣增加夾帶懸浮物形成氣泡。

09.芬頓法的進(jìn)水水質(zhì)要求控制

（1）在酸性條件下易產(chǎn)生有毒有害氣體的污染物（如硫離子、氰根離子等）不應(yīng)進(jìn)入芬頓氧化工藝單元；

（2）進(jìn)水中懸浮物含量宜小于 200 mg/L； 

（3）應(yīng)控制進(jìn)水中 Cl-、H2PO3-、HCO3-、油類和其他影響芬頓氧化反應(yīng)的無(wú)機(jī)離子或污染物濃度，其限制濃度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定。

10.改良：流體化床-Fenton法

針對(duì)污泥含量高的缺點(diǎn)，環(huán)保尖兵開(kāi)發(fā)了改良式低污泥的廢水高級(jí)氧化處理技術(shù)，其中之一就是流體化床-Fenton法。

原理：利用0.2~0.5mm硅砂擔(dān)體在結(jié)晶槽中作為結(jié)晶核種，將要處理的廢水及添加藥劑由反應(yīng)池底部進(jìn)入并向上流動(dòng)。而反應(yīng)槽外接有一回流水回路，用以調(diào)整進(jìn)流水過(guò)飽和度及達(dá)到擔(dān)體上流速度，使待處理的無(wú)機(jī)離子于硅砂擔(dān)體表面形成穩(wěn)態(tài)結(jié)晶體，當(dāng)晶體粒徑達(dá)1~2mm后，排出槽外進(jìn)行回收再利用或達(dá)到廢棄物減排的目的。

反應(yīng)機(jī)制：H2O2+Fe2+→?OH+Fe(OH)2+→……FeOOH，H2O2+FeOOH→……

技術(shù)特點(diǎn)：同相及異相的催化反應(yīng)，污泥減少70%。減少H2O2用藥的浪費(fèi)。適用廢水COD濃度：50~1000mg/l。