在工業生產中，水資源是不可或缺的組成部分，所產生的廢水問題中含有大量有毒有害物質，降解難度較大，如果未能得到合理有效的處理，直接排放到自然環境中，將在不同程度上污染土壤、河流和大氣，威脅到生態平衡，與可持續發展目標相背離。這就需要對工業廢水進行有效處理，選擇合適的處理方法和處理技術，而當前市場上應用廣泛且效果可觀的當屬芬頓工藝，操作工藝簡單、投資費用較少，較之傳統工藝廢水處理效果可觀。加強芬頓工藝在工業廢水處理中應用探究，對於現代化工業可持續發展意義深遠。
工業廢水中芬頓工藝應用現狀
芬頓工藝作為當前工業廢水處理中廣泛應用的一種方法，操作便捷、成本較低，廢水處理效果可觀。在化學研究中，Fenton HJ 在 1983 年研究中了解到，酸性條件下 H2O2與二價鐵離子 Fe 混合在一起，溶液的強氧化性特點鮮明，化學公式為，
而這一發現大大促進了無機化學領域發展，後人為了紀念Fenton 的發現，將這一反應命名為芬頓反應。發展到上個世紀 70 年代後，芬頓試劑開始在環境化學中廣泛應用，尋找到了自己應有的位置，憑藉著獨特的有機污染物高降解能力，在印染廢水、含油廢水、二苯胺廢水、焦化廢水和含硝基苯廢水等廢水處理中應用效果明顯，可以有效降低有毒有害物質對生態環境的污染和破壞。
在工業廢水處理中應用芬頓工藝，無論是獨立使用來處理工業廢水，還是聯合其他方法進行預處理、深度處理，都可以達到很好的處理效果。通過相關研究成果可以了解到，芬頓工藝自身擁有明顯的優勢，在酸性條件下，常溫下可以發生化學反應，具有啟動快、工藝簡單等優勢；反應設備操作便捷，可以大大降低能耗總量，經濟效益可觀。由於芬頓工藝自身較強的氧化作用，可以在工業廢水處理中充分消除污染物，保證廢水無害化，避免對生態環境的污染和破壞。氧化劑 H202參與到化學反應中，促使有機物自行降解，加之反應條件差異不顯著，所以芬頓工藝適應性較強，在工業廢水處理中得到了廣泛推廣和應用。
影響芬頓反應的因素分析
2.1 溫度因素
溫度是芬頓反應發生的關鍵因素之一，隨著化學反應溫度升高，反應速度隨之加快，²OH 生成速度也加快，促使²OH與有機物充分反應，氧化效果和 CODCr去除率大大提升。但溫度升高的同時，H2O2的分解速度隨之加快，分解成 H2O 和O2物質，抑制²OH 物質生成。由於工業廢水種類不同，芬頓反應最佳溫度同樣存在一定差異。如，在洗膠廢水處理中，芬頓反應的最佳溫度為 85℃；聚丙烯醯胺水溶液處理中，芬頓反應溫度為 30℃～50℃。如果溫度超出一定範圍，將不利於芬頓反應的發生。最佳溫度由試驗確定。
2.2 pH 值
通常情況下，芬頓試劑主要是在酸性條件下發生芬頓反應，伴隨著 pH 值升高，²OH 物質生成受到極大的限制，生成氫氧化鐵沉澱，原有的催化能力逐步喪失。溶液中如果H+物質濃度超過一定範圍，將會影響到 Fe3+還原成 Fe2+過程順利完成，不利於催化反應發生。通過大量的實踐研究可以了解到，酸性條件下應用芬頓試劑，pH 值在 3～5 範圍內具有較強的氧化能力，可以加快有機物降解速率。有機物反應速率常數與 Fe2+和過氧化氫初始濃度成正比。故此，結合相關實踐研究可以了解到，工業廢水處理中應用芬頓工藝，需要保證廢水 pH 在 2～4 範圍內，以便於加快有機物降解速度，提升廢水處理效果。
2.3 有機底物
工業廢水處理中應用芬頓工藝，需要結合廢水種類和特性選擇芬頓試劑投入量，以便於獲得最佳的氧化效果。不同類型工業廢水，有機物種類存在顯著差異，醇類和糖類碳水化合物，受到羥基作用，分子會出現脫氧反應，C-C 鍵斷裂；大分子糖類，受到羥基自由基作用碳分子鏈的糖苷鍵斷裂，降解成大量的小分子物質。如果是水溶性較高的化合物，受到羥基自由基作用 C=C 鍵斷裂，促使芳香族化合物開環，生成大量的脂肪類化合物，降低有機物中的有毒有害程度，改善物質的生化性；印染廢水中，羥基自由基可以打開官能團不飽和建，促使物質的氧化分解，達到有機物的降低或消除的目的。
在殼聚糖處理中應用芬頓試劑降解處理中，介質 pH 值在 3～5 範圍內，H2O2的摩爾比為 24:1，聚糖為 240:12，催化劑摩爾比為 2，藉助芬頓試劑促使殼聚糖分子鏈的糖苷鍵斷裂，有大量的小分子物質產生。
2.4 過氧化氫和催化劑投入量
芬頓工藝在工業廢水處理中應用，結合實際情況控制投入量，具有較強的經濟性。H2O2投入量較大，投入在一定程度上提升有機物質降解效率，但是 H2O2投入量達到飽和後，有機物的去除率反而會下降。究其根本，是由於芬頓試劑在工業廢水處理中應用，隨著 H2O2投入量增加，生成的²OH物質量增加，有機物質去除率升高，但是 H2O2濃度過高，促使雙氧水分解，並不會產生羥基自由基。增加催化劑投入量，同雙氧水投入量存在直接聯繫。增加 Fe2+用量，可以有效提升有機物去除率，但是達到一定程度上後有機物去除率反向下降。究其根本，Fe2+濃度處於不斷升高時，²OH 物質生成量增加；Fe2+濃度處於較高值時，H2O2無效分解，生成氧氣。在工業廢水處理中，催化劑的投入量需要經過試驗後確定。
工業廢水處理中芬頓工藝應用途徑
3.1 印染廢水處理中應用
在印染廢水處理中應用芬頓工藝，由於色度較高，化學需氧量濃度隨之升高，但是可生化性偏低。芬頓試劑自身氧化性能良好，促使部分難生物降解有機物轉變成可生化性良好的物質，破壞染料中發色基團，實現印染廢水的降解處理。 染料廢水中的蒽醌染料降解難度較大，微電解混凝-Fenton 試劑催化氧化工藝能有效降解蒽醌染整廢水中的難降解有機物，當蒽醌染整廢水 CODcr 為 700～800mg/L，BOD5 為 80～100mg/L，色度 450～550 倍時；處理出水的 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 試劑催化氧化的主要工藝參數為:FeSO4 投加量200mg²L-1,H2O2 投加量 100mg²L-1,pH=5.0,反應時間30min。
3.2 焦化廢水處理中應用
焦化廢水處理中，由於其中含有大量的降解難度較大的物質，如含氮雜環化合物和多稠環芳烴等，還有大量有毒有害物質，通過生化廢水處理後一般達不到排放標準。以往的A/O 方法處理焦化廢水效果較差，一般也達不到排放標準，生化後加活性炭工藝處理焦化廢水可以滿足排放標準，但是運行成本較高，應用範圍較窄。芬頓工藝在焦化廢水處理中應用前景良好，聯合活性炭吸附工藝，焦化廢水中的 COD去除率可以達到 97%以上，滿足排放標準。藉助芬頓工藝處理 COD 含量較高的焦化廢水，實際效果較為可觀，值得廣泛應用。
3.3 垃圾滲濾液處理中應用
垃圾滲濾液處理中應用芬頓工藝，由於其中含有大量濃度較高的有機物，微生物難於降解。採用常規的生化處理工藝，不但難於控制，效果也差。而藉助芬頓工藝處理垃圾滲濾液，提升垃圾滲濾液可生化性，提升廢水處理效果和質量，處理後的水質可以達到相關排放標準。
3.4 含酚物質廢水處理中應用
酚類物質對於人體健康危害較大，具有較強的毒副作用，降解難度較大。在酚類物質處理中應用芬頓工藝，處理效果較為可觀。pH 在 3～6 範圍內，溫度恆定，藉助氧化鐵催化劑作用下，有助於過氧化氫的對酚物質結構破壞作用充分發揮，氧化反應中生成二元酸，然後生成 CO2和 H2O。在含酚廢水處理中，芬頓工藝應用較為廣泛，可以有效降低廢水中有毒有害物質含量，提升有機物降解效率和質量，滿足污水排放標準後排入到自然環境中。
3.5 油田廢水處理中應用
油田污水中含有的成分較為複雜，選擇哪一種處理工藝需要結合實際情況，首先需要確定最佳反應條件。在含油污水處理中應用芬頓試劑，通過正交試驗確定芬頓試劑反應因素影響權重，可以得出 H2O2濃度＞反應時間＞Fe2+濃度＞反應溫度，採用最佳的反應條件可提升廢水處理效率和降低處理成本。
結 論
綜上所述，在工業化進程不斷加快下，工業生產中產生了大量廢水，其中含有大量的有毒有害和難降解物質，如果未能得到有效處理直接排放，將會嚴重污染和破壞生態環境。故此，通過芬頓工藝應用，聯合氧化工藝進行處理，可以有效降低污水中的有毒有害物質濃度，提高工業廢水的可生化性，配合前沿的技術和工藝能滿足不同類型工業廢水處理需要。相較於傳統單一的污水處理工藝而言獲得了可觀的效果，操作工藝簡單、投資費用較少，值得廣泛推廣和應用，推動環境友好型社會建設和發展。
來源 | 清慧環保
編輯 | 小魚
免責聲明：所載內容、圖片來源網際網路，微信公眾號等公開渠道，我們對文中觀點保持中立，僅供參考、交流之目的。轉載的稿件版權歸原作者和機構所有，如有侵權，請聯繫我們刪除。