什么是芬顿工艺？
1、芬顿反应原理
1893年,化学家Fenton HJ发现，过氧化氢(H2O2)与二价铁离子的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分显著。但此后半个多世纪中，这种氧化性试剂却因为氧化性极强没有被太多重视。但进入20 世纪70 年代，芬顿试剂在环境化学中找到了它的位置，具有去除难降解有机污染物的高能力的芬顿试剂，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现了很广泛的应用。当芬顿发现芬顿试剂时，尚不清楚过氧化氢与二价铁离子反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。二十多年后，有人假设可能反应中产生了羟基自由基，否则，氧化性不会有如此强。因此，以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应：
芬顿氧化法是在酸性条件下，H2O2在Fe2+存在下生成强氧化能力的羟基自由基(·OH），并引发更多的其他活性氧，以实现对有机物的降解,其氧化过程为链式反应。其中以·OH产生为链的开始，而其他活性氧和反应中间体构成了链的节点，各活性氧被消耗，反应链终止。其反应机理较为复杂,这些活性氧仅供有机分子并使其矿化为CO2和H2O等无机物。从而使Fenton氧化法成为重要的高级氧化技术之一。
2、进水水质要求
a）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；
b）进水中悬浮物含量宜小于 200 mg/L；
应根据进水水质采取相应的预处理措施：
a）芬顿氧化法用于生化处理预处理时，可设置粗、细格栅、沉砂池、沉淀池或混凝沉淀池，去除漂浮物、砂砾和悬浮物等易去除污染物；芬顿氧化法用于废水深度处理时，宜设置混凝沉淀或/和过滤工序进行预处理；
b）进水中溶解性磷酸盐浓度过高时，宜投加熟石灰，通过混凝沉淀去除部分溶解性磷酸盐；
c）进水中含油类时，宜设置隔油池除油；
d）进水中含硫离子时，应采取化学沉淀或化学氧化法去除；进水中含氰离子时，应采取化学氧化法去除；
e）进水中含有其他影响芬顿氧化反应的物质时，应根据水质采取相应的去除措施，以消除对芬顿氧化反应的影响。
芬顿氧化法用于生化处理的预处理时，若进水水质水量变化较大，芬顿氧化工艺前应设置调节池。
3、芬顿的影响因素
4、工艺操作及设计
芬顿氧化法废水处理工程工艺流程主要包括调酸、催化剂混合、氧化反应、中和、固液分离、药剂投配及污泥处理系统，普遍配上生化工艺流程示意图见图。
1、调酸
根据氧化反应池最佳pH值条件要求，应通过投加浓硫酸或稀硫酸来调整废水的 pH值，pH 值宜控制在3.0～4.0。
调酸池宜采用水力搅拌、机械搅拌或空气搅拌，混合时间不宜小于2min。
浓硫酸或稀硫酸宜采用计量泵投加，采用在线 pH值控制仪等自控系统自动调节投加量。
2、催化剂混合
催化剂可采用硫酸亚铁，在催化剂混合池完成混合过程，催化剂混合池宜采用水力搅拌、机械搅拌或空气搅拌，混合时间不宜小于2min。硫酸亚铁溶液质量百分浓度宜小于 30%，宜采用计量泵定量投加。
3、氧化反应
应投加过氧化氢溶液，在氧化反应池中完成氧化反应，氧化反应池可采用完全混合式或推流式，完全混合式氧化反应池不宜少于2段，通过溢流或穿孔墙连接。
氧化反应池池型应根据废水处理规模、占地面积和经济性等因素综合确定，氧化反应池采用塔式时，宜采用升流式反应器，钢结构塔体应采用不锈钢 316L材质和涂衬玻璃鳞片防腐处理。塔式反应器包含芬顿试剂混合区、布水区和反应区。混合区混合速度梯度 G值应不小于 500s-1，布水区应配水均匀，配水孔出口流速应为 1.0m/s～1.5m/s，回流比应不低于 100%。塔式反应器高径比宜在 1.0～5.0 之间，高度应不高于 15 m。
氧化反应池水力停留时间应根据进水水质、组成以及出水要求，通过试验确定。用于预处理时，氧化反应池水力停留时间宜为 2.0h～8.0h；用于深度处理时，氧化反应池水力停留时间宜为 2.0 h～6.0h。
混合可采用水力搅拌、机械搅拌或空气搅拌，确保混合均匀，防止出现短流和死水区。
4、中和
中和池投加碱液调整pH值至中性，碱液宜采用氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液，不宜采用氢氧化钙溶液。当芬顿氧化法出水直接排放时，pH值应调整至满足固液分离要求和排放要求；当芬顿氧化法出水进入后续处理工艺时，pH值应调整至满足固液分离要求和后续处理工艺要求。
中和池可采用水力搅拌、机械搅拌或空气搅拌，混合时间不宜小于2min。
氧化反应和中和工序未采用空气搅拌时，应设空气搅拌脱气池，水力停留时间不宜小于15 min，气水比不宜小于 5:1。
可采用沉淀或气浮完成固液分离，若分离效果不佳可投加混凝剂或助凝剂，混凝剂宜采用聚合氯化铝（PAC），投加量宜为 100mg/L～200mg/L；助凝剂宜采用聚丙烯酰胺（PAM），投加量宜为 3 mg/L～5 mg/L。药剂种类和投加比例有条件时应依据试验确定。
6、药剂投配
芬顿试剂、酸碱试剂、混凝剂、助凝剂等药剂的用量，应根据废水特性，经试验后确定。
芬顿试剂和助凝剂的投加方式宜选择计量泵投加，并安装流量计。芬顿试剂和助凝剂投加系统应包括药剂的储存、调制、输送、计量和投加设施（备）。
投药混合采用水力搅拌、机械搅拌或空气搅拌等方式时，要求搅拌的速度梯度 G值应控制在 1000s-1～500 s-1之间。采用水力搅拌、机械搅拌或空气搅拌等方式进行化学反应或凝聚反应时，搅拌的速度梯度 G值应控制在 70 s-1～50 s-1之间，逐段减低。
a）药剂（如硫酸亚铁、氢氧化钠、PAC和PAM等）的溶解和稀释方式应按投加量大小、药剂性质确定。溶解和稀释宜采用机械搅拌方式，也可采用水力或空气搅拌等方式；
c）水力调制的供水水压应大于 0.2 MPa；
5、设备与材料的选择
建（构）筑物池体可采用钢筋混凝土结构或钢结构，处理规模较大可采用钢筋混凝土池体，处理规模较小可采用钢结构罐体。
各单元建（构）筑物池体以及所采用的材料、设备与连接管道应具有相应的耐酸碱腐蚀和抗氧化腐蚀能力。钢筋混凝土池体内壁可采用涂衬环氧树脂玻璃钢防腐，钢制罐体内壁可采用 316L 型不锈钢材质或涂衬玻璃鳞片防腐。来源公众号：环保学院；药剂投配系统中的溶解池及溶液池内壁可采用涂衬环氧玻璃钢、辉绿岩、耐酸胶泥贴瓷砖或聚氯乙烯板等，当所用药剂腐蚀性不强时， 可采用耐酸水泥砂浆。
2、泵阀
废水提升泵过流部件应耐酸碱腐蚀；氧化反应池循环泵过流部件应耐酸碱、抗氧化，宜采用 316L型不锈钢材质。
药剂投配系统中加药泵等均应采用耐腐蚀材质。其中浓硫酸溶液加药泵过流部件可采用聚四氟乙烯、铸铁材质；双氧水溶液加药泵过流部件可采用 316L型不锈钢材质；硫酸亚铁溶液加药泵过流部件可采用 316L 型不锈钢、聚丙烯、聚氯乙烯材质；氢氧化钠溶液加药泵过流部件可采用 304型不锈钢材质。药剂投配系统中阀门过流部件内衬材质可与相应提升泵、加药泵相符。
3、机械搅拌机
4、管道
废水输送管道宜采用 316L 型不锈钢、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯材质的管路和管件。
浓硫酸（98%）输送可采用聚四氟乙烯管道或其他耐浓硫酸腐蚀的管道以及与之配套的管件，过氧化氢溶液输送应采用316L 型不锈钢材质管道以及与之配套的管件，其他药剂输送管道宜采用聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯材质的管路和管件。药液输送管应设置必要的过滤器，防止计量泵和管路堵塞。
6、污泥的计算及处置
污泥产生量主要与水量、悬浮物浓度、有机污染物种类和药剂投加量等因素有关。因废水水质不同污泥产生量差别较大，宜通过多组试验确定污泥产量。不具备试验条件时，可按下式估算干污泥产量：
污泥脱水前应加药调理，投加药剂的种类和投药量应根据试验或参照同类型污泥脱水工艺的数据确定。
污泥脱水机选型应根据污泥性质、污泥产量、脱水要求确定，脱水污泥含水率应满足污泥处理及处置的要求。
声明