芬顿设备处理废水的影响因素与应用详解

芬顿设备也被称为芬顿氧化设备、芬顿反应设备或芬顿反应装置，是用于废水氧化处理的重要设备。环保型芬顿设备具有投资省、占地小、处理效率高、运行费用低、易于自动控制、氧化能力强、运行费相对较低、pH值正常、反应时间少等特点。

影响芬顿设备反应的因素

1. 温度因素

在芬顿设备中，温度是影响处理效果的重要因素。温度不断升高，芬顿反应的速度会逐渐加快。随着温度的提高，羟基自由基（·OH）的生成速度会提高，能够促进·OH与有机物发生反应，使氧化效果得到提升，提高CODCr的去除率。但温度的升高也会使H2O2的分解速度加快，分解成O2与H2O，这对于·OH的生成是不利的。不同类型的工业废水中，芬顿反应的最合适温度也是不同的。

2. pH值

通常情况下，在酸性环境下，芬顿试剂才会发生反应。pH的提高会使·OH的出现受到限制，并且会出现氢氧化铁沉淀，催化能力丧失。如果溶液中有浓度较高的H+，Fe3+不能被还原为Fe2+，催化反应就会受到阻碍。有研究结果表明，芬顿设备在酸性环境下，尤其是pH在3-5之间时，芬顿试剂有很强的氧化能力，这时有机物的降解速度比较快，能够在几分钟内降解。同时有机物的反应速率与Fe2+以及过氧化氢的初始浓度成正比例关系。在工业处理中使用芬顿工艺，需要将废水的pH调到3.5左右为最佳。

3. 有机物

对于不同类型的工业废水，芬顿试剂的使用量以及氧化效果是存在差异的，主要是由于不同类型的工业废水中，存在着不同类型的有机物。对于糖类等碳水化合物，由于受到羟基自由基的作用，分子会出现脱氢反应，C-C键断链；对于具有水溶性的高分子和乙烯化合物，羟基自由基会使C=C键断裂。羟基自由基能够使芳香族化合物出现开环进而形成脂肪类的化合物，使这种类型废水中的生物毒性降低，使其可生化性得到改善。

4. H2O2与催化剂投入数量

利用芬顿设备对工业废水进行处理时，需要明确药剂投入的数量及其经济性。如果其中投入的H2O2量比较大，就会提高废水中CODCr的去除率。但是到达一定数量后，CODCr的去除率会呈现出逐渐下降的趋势。催化剂的投入数量与H2O2的投入量存在着相同的情况，Fe2+的数量增加，CODCr的去除率会提高，达到一定程度后，CODCr的去除率就会下降。在实际的工作中需要通过实验明确H2O2与催化剂的投入数量。

芬顿设备在部分工业废水处理中的应用

1. 印染废水

印染废水中色度比较高，化学需氧量的浓度比较高，含盐量也比较高，可生化性不强。芬顿试剂具有较高的氧化性，能够使一些难以通过生物降解的有机物转换成可生化性比较好的物质，对染料中发色的基团进行破坏，使色度降低，因而被广泛地应用到印染废水处理中。利用芬顿衍生的工艺手段，例如利用微电解-Fenton氧化工艺对蒽醌染整废水进行处理，这种废水难以降解，化学需氧量的去除率在93.5%左右，BOD5的去除率为93%左右，出水色度能够除掉95.5%左右。在pH为2-4之间时，过氧化氢的投入量为30g/L，催化剂的投入量是过氧化氢的1/150时，使用芬顿工艺对中间体H酸生产的废水进行处理，能够达到50%的化学需氧量去除率。

2. 焦化废水

焦化废水中有难以生化降解的多稠环芳烃和含氮杂环化合物，废水中含有很多生物毒性，抑制性的物质也比较多，即使进行生化处理，废水也很难达到标准。厌氧好氧工艺法无法使焦化废水达到合理的排放标准，虽然使用活性炭工艺进行处理能够达到一定的效果，但是这种工艺方法的成本消耗比较高，并且会出现二次污染。芬顿工艺在难降解有机物废水处理中有着广阔的发展前景，并且能够实现良好的效果。

3. 垃圾渗滤液

垃圾渗滤液中含有很高浓度的有机物，其中的大部分是难以通过生物降解的有机物，还有很多有毒有害的物质，氨氮的浓度比较高，微生物营养元素的比例严重失调，使用一般的生化处理工艺，过程比较复杂，效果一般。而使用芬顿工艺对生化处理后的垃圾渗滤液进行处理，出水水质能够达到二级污水排放标准，能够提高垃圾渗滤液的可生化性，能够为接下来的生化处理提供重要的保障。

4. 含酚物质废水

酚类物质的毒性比较高，对人体有致癌的作用，是比较难降解的工业废水。芬顿工艺可以处理苯酚、甲酚等多种酚类，并且有很好的效果。如果室温合理，pH在3-6之间，并且有氧化铁催化剂，过氧化氢能够对酚结构快速地破坏，在氧化的过程中能够先将苯环分裂为二元酸，然后生成二氧化碳和水。芬顿设备在含酚废水中的应用比较多，能够使废水中的生物毒害性减小，使废水中的生物降解性能得到改善。

芬顿设备的芬顿工艺能够很好地降解有毒有机污染物，并且有着比较广泛的应用范围，在实验室以及实际应用中都取得了良好的效果。当前工业废水处理中都提倡循环经济的发展模式，使用单一的污水处理厂对有毒的废水进行处理，不能得到理想的效果，而芬顿设备是一种十分有效的废水处理手段，能够对废水进行可生化性以及深度处理，加之其他技术实现中水回用，达到循环利用的目的。

芬顿设备工艺的优点

1. 对环境友善：处理后不像其他的化学药品，如漂白水（次氯酸钠），易产生氯化有机物等毒性物质，对环境造成伤害。
2. 占地空间小：有机物氧化的速度相当快，所需的停留时间短，约0.5~2小时即可，不像一般的生物处理约需12~24小时，因时间短，相对反应槽容积不需太大，可节省空间。
3. 操作弹性大：可依进流水水质的好坏来改变操作条件，提高处理量。而一般的生物处理难以弹性操作。针对较高的污染量只需提高亚铁及H2O2加药量及适当的pH控制即可。
4. 初设成本低：与一般的生物处理系统相较，约只须其投资成本的1/3~1/4。
5. 氧化能力强：所产生的氢氧自由基（OH）氧化能力相当强。可处理多种毒性物质，如氯乙烯、BTEX、氯苯、酚、多氯联苯、TCE、DCE、PCE等，另EDTA和酮类MTBE、MEK等亦有效。

芬顿工艺用途

芬顿工艺既可以用于高浓度废水生化前的预处理工艺段，也可以用于生化后的深度处理工艺段，来提高出水水质。芬顿工艺是强氧化工艺的一种，氧化能力强，氧化电位高，·OH具有极强的氧化能力、具有很高的电极电位，高达2.8EV；具有很强的加成反应特性，能有效地将有毒有害有机物、难降解的苯环、杂环、长链的有机物，氧化降解为小分子，或容易生物降解的有机物；若废水在芬顿反应器内被氧化强度足够强、反应时间足够长的情况下，有机物可以彻底被氧化成二氧化碳、水。因此，持久性难降解有机物，特别是通常的氧化方式难以氧化的芳香类化合物及杂环类化合物，在芬顿试剂面前几乎都可以被无选择氧化降解。

芬顿试剂与有机物为液液均相传质，属于直接氧化，因此芬顿氧化效能更强、效率更高、规模更大，且工程化程度高，是废水处理领域得到广泛应用的适用技术，是目前工程化应用最广泛的强氧化工艺技术。

芬顿工艺适用范围

芬顿工艺主要适用于：

1. 含难降解有机物废水的处理，如造纸工业废水、染整工业废水、煤化工废水、石油化工废水、精细化工废水、发酵工业废水、垃圾渗滤液等废水及工业园区集中废水处理厂废水等的处理，提高废水可生化性、降解生物毒性、降低COD等等。
2. 生化后的深度处理中，提高出水水质。芬顿工艺对污染物的去除率应通过试验或参考同行业类似案例确定，不同的水芬顿的效果也不一样。

芬顿工艺反应时间

1. 芬顿工艺用于预处理时，氧化反应池水力停留时间宜为2.0 h～8.0 h；
2. 用于深度处理时，氧化反应池水力停留时间宜为2.0 h～6.0 h。芬顿混合可采用水力搅拌、机械搅拌或空气搅拌。