芬顿工艺在工业废水处理中的应用

在工业生产中，水资源是不可或缺的组成部分，所产生的废水问题中含有大量有毒有害物质，降解难度较大，如果未能得到合理有效的处理，直接排放到自然环境中，将在不同程度上污染土壤、河流和大气，威胁到生态平衡，与可持续发展目标相背离。这就需要对工业废水进行有效处理，选择合适的处理方法和处理技术，而当前市场上应用广泛且效果可观的当属芬顿工艺，操作工艺简单、投资费用较少，较之传统工艺废水处理效果可观。加强芬顿工艺在工业废水处理中应用探究，对于现代化工业可持续发展意义深远。

　　1、工业废水中芬顿工艺应用现状

　　芬顿工艺作为当前工业废水处理中广泛应用的一种方法，操作便捷、成本较低，废水处理效果可观。在化学研究中，FentonHJ在1983年研究中了解到，酸性条件下H2O2与二价铁离子Fe混合在一起，溶液的强氧化性特点鲜明，化学公式为，而这一发现大大促进了无机化学领域发展，后人为了纪念Fenton的发现，将这一反应命名为芬顿反应。发展到上个世纪70年代后，芬顿试剂开始在环境化学中广泛应用，寻找到了自己应有的位置，凭借着独特的有机污染物高降解能力，在印染废水、含油废水、二苯胺废水、焦化废水和含硝基苯废水等废水处理中应用效果明显，可以有效降低有毒有害物质对生态环境的污染和破坏。

　　在工业废水处理中应用芬顿工艺，无论是独立使用来处理工业废水，还是联合其他方法进行预处理、深度处理，都可以达到很好的处理效果。通过相关研究成果可以了解到，芬顿工艺自身拥有明显的优势，在酸性条件下，常温下可以发生化学反应，具有启动快、工艺简单等优势;反应设备操作便捷，可以大大降低能耗总量，经济效益可观。由于芬顿工艺自身较强的氧化作用，可以在工业废水处理中充分消除污染物，保证废水无害化，避免对生态环境的污染和破坏。氧化剂H202参与到化学反应中，促使有机物自行降解，加之反应条件差异不显著，所以芬顿工艺适应性较强，在工业废水处理中得到了广泛推广和应用。

　　2、影响芬顿反应的因素分析

　　2.1 温度因素

　　温度是芬顿反应发生的关键因素之一，随着化学反应温度升高，反应速度随之加快，•OH生成速度也加快，促使•OH与有机物充分反应，氧化效果和CODCr去除率大大提升。但温度升高的同时，H2O2的分解速度随之加快，分解成H2O和O2物质，抑制•OH物质生成。由于工业废水种类不同，芬顿反应最佳温度同样存在一定差异。如，在洗胶废水处理中，芬顿反应的最佳温度为85℃;聚丙烯酰胺水溶液处理中，芬顿反应温度为30℃～50℃。如果温度超出一定范围，将不利于芬顿反应的发生。最佳温度由试验确定。

　　2.2 pH值

　　通常情况下，芬顿试剂主要是在酸性条件下发生芬顿反应，伴随着pH值升高，•OH物质生成受到极大的限制，生成氢氧化铁沉淀，原有的催化能力逐步丧失。溶液中如果H+物质浓度超过一定范围，将会影响到Fe3+还原成Fe2+过程顺利完成，不利于催化反应发生。通过大量的实践研究可以了解到，酸性条件下应用芬顿试剂，pH值在3～5范围内具有较强的氧化能力，可以加快有机物降解速率。有机物反应速率常数与Fe2+和过氧化氢初始浓度成正比。故此，结合相关实践研究可以了解到，工业废水处理中应用芬顿工艺，需要保证废水pH在2～4范围内，以便于加快有机物降解速度，提升废水处理效果。

　　2.3 有机底物

　　工业废水处理中应用芬顿工艺，需要结合废水种类和特性选择芬顿试剂投入量，以便于获得最佳的氧化效果。不同类型工业废水，有机物种类存在显著差异，醇类和糖类碳水化合物，受到羟基作用，分子会出现脱氧反应，C-C键断裂;大分子糖类，受到羟基自由基作用碳分子链的糖苷键断裂，降解成大量的小分子物质。如果是水溶性较高的化合物，受到羟基自由基作用C=C键断裂，促使芳香族化合物开环，生成大量的脂肪类化合物，降低有机物中的有毒有害程度，改善物质的生化性;印染废水中，羟基自由基可以打开官能团不饱和建，促使物质的氧化分解，达到有机物的降低或消除的目的。

　　在壳聚糖处理中应用芬顿试剂降解处理中，介质pH值在3～5范围内，H2O2的摩尔比为24：1，聚糖为240：12，催化剂摩尔比为2，借助芬顿试剂促使壳聚糖分子链的糖苷键断裂，有大量的小分子物质产生。

　　2.4 过氧化氢和催化剂投入量

　　芬顿工艺在工业废水处理中应用，结合实际情况控制投入量，具有较强的经济性。H2O2投入量较大，投入在一定程度上提升有机物质降解效率，但是H2O2投入量达到饱和后，有机物的去除率反而会下降。究其根本，是由于芬顿试剂在工业废水处理中应用，随着H2O2投入量增加，生成的•OH物质量增加，有机物质去除率升高，但是H2O2浓度过高，促使双氧水分解，并不会产生羟基自由基。增加催化剂投入量，同双氧水投入量存在直接联系。增加Fe2+用量，可以有效提升有机物去除率，但是达到一定程度上后有机物去除率反向下降。究其根本，Fe2+浓度处于不断升高时，•OH物质生成量增加;Fe2+浓度处于较高值时，H2O2无效分解，生成氧气。在工业废水处理中，催化剂的投入量需要经过试验后确定。

　　3、工业废水处理中芬顿工艺应用途径

　　3.1 印染废水处理中应用

　　在印染废水处理中应用芬顿工艺，由于色度较高，化学需氧量浓度随之升高，但是可生化性偏低。芬顿试剂自身氧化性能良好，促使部分难生物降解有机物转变成可生化性良好的物质，破坏染料中发色基团，实现印染废水的降解处理。

　　染料废水中的蒽醌染料降解难度较大，微电解混凝-Fenton试剂催化氧化工艺能有效降解蒽醌染整废水中的难降解有机物，当蒽醌染整废水CODcr为700～800mg/L，BOD5为80～100mg/L，色度450～550倍时;处理出水的CODc≤50mg/L,去除率93%～94%,出水BOD5≤10mg/L,去除率90%～95%，出水色度≤20倍，去除率95%～96%。Fenton试剂催化氧化的主要工艺参数为：FeSO4投加量200mg2L-1,H2O2投加量100mg2L-1,pH=5.0,反应时间30min。

　　3.2 焦化废水处理中应用

　　焦化废水处理中，由于其中含有大量的降解难度较大的物质，如含氮杂环化合物和多稠环芳烃等，还有大量有毒有害物质，通过生化废水处理后一般达不到排放标准。以往的A/O方法处理焦化废水效果较差，一般也达不到排放标准，生化后加活性炭工艺处理焦化废水可以满足排放标准，但是运行成本较高，应用范围较窄。芬顿工艺在焦化废水处理中应用前景良好，联合活性炭吸附工艺，焦化废水中的COD去除率可以达到97%以上，满足排放标准。借助芬顿工艺处理COD含量较高的焦化废水，实际效果较为可观，值得广泛应用。

　　3.3 垃圾渗滤液处理中应用

　　垃圾渗滤液处理中应用芬顿工艺，由于其中含有大量浓度较高的有机物，微生物难于降解。采用常规的生化处理工艺，不但难于控制，效果也差。而借助芬顿工艺处理垃圾渗滤液，提升垃圾渗滤液可生化性，提升废水处理效果和质量，处理后的水质可以达到相关排放标准。

　　3.4 含酚物质废水处理中应用

　　酚类物质对于人体健康危害较大，具有较强的毒副作用，降解难度较大。在酚类物质处理中应用芬顿工艺，处理效果较为可观。pH在3～6范围内，温度恒定，借助氧化铁催化剂作用下，有助于过氧化氢的对酚物质结构破坏作用充分发挥，氧化反应中生成二元酸，然后生成CO2和H2O。在含酚废水处理中，芬顿工艺应用较为广泛，可以有效降低废水中有毒有害物质含量，提升有机物降解效率和质量，满足污水排放标准后排入到自然环境中。

　　3.5 油田废水处理中应用

　　油田污水中含有的成分较为复杂，选择哪一种处理工艺需要结合实际情况，首先需要确定最佳反应条件。在含油污水处理中应用芬顿试剂，通过正交试验确定芬顿试剂反应因素影响权重，可以得出H2O2浓度>反应时间>Fe2+浓度>反应温度，采用最佳的反应条件可提升废水处理效率和降低处理成本。