芬顿设备

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Fenton（中文译为芬顿）是为数不多的以人名命名的无机化学反应之一。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：Fe²⁺ +H₂O₂ → Fe³⁺ +(OH)^-+OH ①

从上式可以看出，1mol的H₂O₂与1mol的Fe²⁺反应后生成1mol的Fe³⁺，同时伴随生成1mol的OH^-外加1mol的羟基自由基。正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力。据计算在pH = 4 的溶液中，OH·自由基的氧化电势高达2.73 V。在自然界中，氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此，持久性有机物，特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1975 年,美国环境化学家Walling C 系统研究了芬顿试剂中各类自由基的种类及Fe 在Fenton 试剂中扮演的角色，得出如下化学反应方程：

H₂O₂ + Fe³⁺ → Fe²⁺ + O₂ + 2H⁺ ②

O₂ + Fe²⁺→ Fe³⁺ + O₂ ③

可以看出,芬顿试剂中除了产生1 摩尔的OH·自由基外,还伴随着生成1 摩尔的过氧自由基O₂·，但是过氧自由基的氧化电势只有1.3 V左右，所以，在芬顿试剂中起主要氧化作用的是OH·自由基。

芬顿反应过程是:过氧化氢(H₂O₂) 与二价铁离子Fe的混合溶液将很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态。反应具有去除难降解有机污染物的高能力，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有很广泛的应用。

造纸、印染、农药、发酵等重污染行业的毒害有机污染物，具有难降解、毒性大、残留 时间长、深度处理与回用技术难度大等特点，缺乏成熟、有效而且经济的技术方法。通常的废水深度处理与回用技术除生态的方法中，氧化技术能有效降低有机工业废水的COD，而氧 化技术中的Fenton试剂几乎可以氧化传统技术无法去除的所有难降解有机物，如多氯联苯、酚、三氯乙烯、偶氮染料、硝基酚、氯苯、芳香胺、表面活性剂等。利用 Fenton试剂处理COD为1100-1300mg/L的垃圾渗滤液，在渗滤液初始pH 3.0，H₂O₂与Fe²⁺摩尔比为3，H₂O₂投量为240mmol/L条件下，COD去除率达到61%。

(A)污水由进水泵经过流量计进入反应器的底部，同时双氧水由1先加药泵经过流量 计进入反应器底部，所述的第二加药泵为备用口;污水及双氧水在反应器的底部初步混合;

(B)溶液混合后经进水区均匀布水后进入固体酸反应区进行芬顿反应，污水在固体酸 反应区反应后由于外界压力进入管式陶瓷膜内，过滤压差恒定为0.1Mpa，反应过程中产生的 铁泥沉淀及载体颗粒在管式陶瓷膜处得到分离，过滤后出水进入产水区，芬顿反应所需要的 酸性体系由固体酸反应区内的固体酸催化剂提供，废水在异相催化的作用下通过芬顿反应得 到降解;

(C)产水区顶部的气泵在固定压力下在产水区内形成负压，由管式陶瓷膜得到的过滤 液由出水泵排出反应器，部分出水通过回流泵、回流管回流至反应器底部;

管式陶瓷膜的设计尽可能减少了下方载体随上升水流的损失;回流的部分出水对原水进行了一定的稀释，提高了反应器负荷，出水流速在固体酸反应区逐渐减缓，有利于部分铁泥 的沉降，降低出水盐度。新型芬顿反应器，采用固体酸表面负载铁氧化物，减少铁盐的加入和污泥 的产生，采用膨胀床的反应体系，解决催化剂与反应液的接触问题，提高催化氧化的效率; 采用管式膜分离催化剂和处理后的废水，可以进一步提升出水水质，降低色度，在工业难降 解废水再生回用方面具有重要的意义。

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