芬顿氧化法可作为废⽔⽣化处理前的预处理⼯艺，也可作为废⽔⽣化处理后的深度处理⼯艺。 芬顿氧化法主要适⽤于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。
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·
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
1. 芬顿氧化法的进⽔应符合以下条件：
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；
c）应控制进⽔中 Cl-、H2PO -、HCO3 -、油类和其他影响芬顿氧化反应的⽆机离⼦或污染物浓度，其限制浓度应根据试验结果确定。
2. 芬顿氧化法进⽔不符合条件时
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
1、温度
温度是芬顿反应的重要影响因素之⼀。⼀般化学反应随着温度的升⾼会加快反应速度，芬顿反应也不例外，温度升⾼会加快·OH的⽣成速度，有助于·OH与有机物反应，提⾼氧化效果和COD的去除率；但是，对于芬顿试剂这样复杂的反应体系，温度升⾼，不仅加速正反应的进⾏，也加速副反应，温度升⾼也会加速H2O2的分解，分解为O2和H2O，不利于·OH的⽣成。不同种类⼯业废⽔的芬顿反应适合的温度，也存在⼀定差异。处理聚丙烯酰胺⽔溶液处理时，温度控制在30℃～50℃。研究洗胶废⽔处理时发现温度为85℃。处理三氯（苯）酚时，当温度低于60℃时，温度有助于反应的进⾏，反之当⾼于60℃时，不利于反应。
2、pH
⼀般来说，芬顿试剂是在酸性条件下发⽣反应的，在中性和碱性的环境中Fe2+不能催化氧化H2O2产⽣·OH，⽽且会产⽣氢氧化铁沉淀⽽失去催化能⼒。当溶液中的H+浓度过⾼，Fe3+不能顺利的被还原为Fe2+，催化反应受阻。多项研究结果表明芬顿试剂在酸性条件下，特别是pH在3～5时氧化能⼒很强，此时的有机物降解速率快，能够在短短⼏分钟内降解。此时有机物的反应速率常数正⽐于Fe2+和过氧化氢的初始浓度。因此，在⼯程上采⽤芬顿⼯艺时，建议将废⽔调节到=2～4，理论上在为3.5时为佳。
3、有机底物
针对不同种类的废⽔，芬顿试剂的投加量、氧化效果是不同的。这是因为不同类型的废⽔，有机物的种类是不同的。对于醇类（⽢油）及糖类等碳⽔化合物，在羟基⾃由基作⽤下，分⼦发⽣脱氢反应，然后C-C键的断链；对于⼤分⼦的糖类，羟基⾃由基使糖分⼦链中的糖苷键发⽣断裂，降解⽣成⼩分⼦物质；对于⽔溶性的⾼分⼦及⼄烯化合物，羟基⾃由基使得C=C键断裂；并且羟基⾃由基可以使得芳⾹族化合物的开环，形成脂肪类化合物，从⽽消除降低该种类废⽔的⽣物毒性，改善其可⽣化性；针对染料类，羟基⾃由基可以打开染料中官能团的不饱和键，使染料氧化分解，达到脱⾊和降低COD的⽬的。⽤芬顿试剂降解壳聚糖的实验表明当介质pH值3～5，聚糖、 H2O2及催化剂的摩尔⽐在240:12～24:1～2时，芬顿反应可以使壳聚糖分⼦链中的糖苷键发⽣断裂，从⽽⽣成⼩分⼦的产物。
4、过氧化氢与催化剂投加量
芬顿⼯艺在处理废⽔时需要判断药剂投加量及经济性。H2O2 的投加量⼤， 废⽔COD的去除率会有所提⾼，但是当
H2O2投加量增加到⼀定程度后， COD的去除率会慢慢下降。因为在芬顿反应中H2O2投加量增加，·OH的产量会增加，则COD的去除率会升⾼，但是当H2O2的浓度过⾼时，双氧⽔会发⽣分解，并不产⽣羟基⾃由基。催化剂的投加量也有与双氧⽔投加量相同的情况，⼀般情况下，增加Fe2+的⽤量，废⽔COD的去除率会增⼤， 当Fe2+增加到⼀定程度后。COD的去除率开始下降。原因是因为 当Fe2+
浓度低时，随着Fe2+ 浓度升⾼，H2O2产⽣的·OH增加；当Fe2+ 的浓度过⾼时， 也会导致H2O2发⽣⽆效分解，释放出O2。
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，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。
氧化反应池池体有效容积可按下式计算：
= . (1)
式中：
V——池体有效容积，m3；
Q——设计⽔量，m3/h；
T——⽔⼒停留时间，h。
氧化反应池有效⾯积可按下式计算：
= / (2)
式中：
F——池体有效⾯积，m2；
H——池体有效⽔深，m，完全混合式宜为 2.5 m～6.0 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。
芬顿氧化反应中药剂投加量与投加⽐例应经试验确定，在缺乏试验数据的情况下投加⽐例 c（H2O2，mg/L）：
COD（mg/L）宜为1:1～2:1；c（H2O2，mg/L）：c（Fe2+，mg/L）宜为 1:1～10:1。
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。
5、固液分离
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。
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。
7、药剂调制
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；
b）应依据不同溶解度、凝固点合理选择溶药浓度，硫酸浓度应保证该浓度下硫酸凝固点低于冬季最低⽓温（硫酸凝固点见表1）；硫酸亚铁溶药浓度宜按质量百分浓度≤30%配制，⽔温较低时宜按质量百
分浓度≤20%配制；过氧化氢质量百分浓度宜≤30%；液碱浓度宜≤30%。若调制药品⽤⽔碱度较⼤导致硫酸亚铁结晶，可在溶解时加⼊适量硫酸以减少溶解池和投配池中的硫酸亚铁结晶沉淀；
表不同质量分数下硫酸的凝固点（0.1 MPa）
质量分数（%）
12.5
25
37.5
50
62.5
75
87.5
98
凝固点（℃）
-8
-27
-70
-36
-29
-40
-14
6
c）⽔⼒调制的供⽔⽔压应⼤于 0.2 MPa；
d）压缩空⽓调制可⽤于⽔量较⼤的废⽔处理⼚（站）的药剂调制，曝⽓强度宜控制在3 L/（m2·s ）
～5 L/（m2·s）；e）硫酸溶液宜采⽤成品溶液，避免在污⽔处理⼚内稀释调制。不具备成品供应条件，需现场调制时，应考虑其腐蚀性及溶解过程的放热，使⽤专⽤设备调制；
f）双氧⽔的储存装置应远离热源、避免阳光直射。
8、药剂溶解池与溶液池的容积计算
1. 溶液池容积按下式计算：
1 =（0.2～0.3） 2 (3)
式中：
W1——溶液池容积，m3；
W2——溶解池容积，m3。
2. 溶解池容积按下式计算：
2= (2400 × × )/(100000 × × ) = ( × )/(417 × × ) (4)
式中：
羟基自由基a ——药剂最⼤投加量，按⽆⽔产品计，mg/L；
Q——设计⽔量，m3/h；c——溶液浓度，%；
n——每⽇调制次数，应根据药剂投加量和配制条件等因素确定，⼀般不宜超过 3 次。
5、设备与材料的选择
1、本体
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。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。
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