芬顿及其替代技术对比分析

芬顿及其替代技术对比分析

一、芬顿技术（Fenton Technology）

1.原理：
利用 Fe?? 催化 H?O? 产生强氧化性的 羟基自由基（·OH），降解有机污染物。
2.基本反应：Fe²   H₂O₂ → Fe³ ·OH OH^- 

 Fe³   H₂O₂ → Fe²   ·OOH H  

优点：

操作简单，反应快速

可高效降解难生物降解有机物（如染料、农药、医药废水）

缺点：

需在 酸性条件（pH 2.5–3.5） 下进行

产生大量含铁污泥，增加处置成本

H?O? 利用率低，药剂成本高

二、芬顿技术的延伸与改进

1. 类芬顿技术（Fenton-like）

（1）原理：用其他过渡金属（如 Cu、Mn、Co）代替 Fe?? 催化 H?O?。

优点：部分金属可在中性 pH 下工作（如 Cu??/H?O?）。

缺点：金属离子可能产生二次污染。

2. 光芬顿技术（Photo-Fenton）

（1）原理：引入 紫外光（UV） 或 可见光，促进 Fe?? 还原为 Fe??，提高 ·OH 产率。

Fe³ H₂O  hν → Fe²   ·OH   H   

（2）优点：

反应速率提升 5–10 倍

减少铁泥产量

（3）缺点：需光源设备，能耗较高。

3. 电芬顿技术（Electro-Fenton）

（1）原理：通过电解在阴极原位生成 H?O?（O? 2H? 2e? → H?O?），并再生 Fe??。

（2）优点：

避免 H?O? 运输与储存风险

持续再生催化剂，减少铁泥

（3）缺点：需导电性电解质，设备成本高。

4. 异相芬顿技术（Heterogeneous Fenton）

（1）原理：使用 固相催化剂（如负载型铁氧化物、Fe?O?、Fe?/碳材料）代替可溶铁盐。

（2）优点：

可在近中性 pH 下运行

催化剂易回收，减少污泥

（3）缺点：催化效率可能低于均相体系。

三、可替代的高级氧化技术（AOPs）

1. 臭氧氧化（Ozonation）

（1）原理：O? 直接氧化有机物，或分解产生 ·OH。

（2）强化形式：

O?/H?O?：加速 O? 分解生成 ·OH

O?/UV：紫外光活化 O? 产生 H?O?，进一步生成 ·OH

（3）适用：饮用水消毒、废水脱色。

2. 过硫酸盐氧化（Persulfate-based AOPs）

（1）原理：活化过硫酸盐（S?O???）产生 硫酸根自由基（SO?·?），氧化性强且半衰期长。

（2）活化方式：

热活化：40–90℃

过渡金属活化（Fe??、Co??）

紫外光/碱活化

（3）优点：适应 pH 范围广（2–10），SO?·? 寿命比 ·OH 更长。

3. 紫外/过氧化氢（UV/H?O?）

（1）原理：UV 裂解 H?O? 产生 ·OH。

H₂O₂   hν → 2·OH  

（2）适用：小流量高浓度废水（如半导体废水）。

4. 超声氧化（Sonolysis）

（1）原理：超声波产生空化气泡，局部高温高压（5000K, 1000atm）使 H?O 裂解为 ·OH。

（2）优点：无需添加药剂

（3）缺点：能耗高，适用于高浓度废水。

5. 湿式氧化（Wet Air Oxidation, WAO）

（1）原理：高温（150–320℃）、高压（5–20 MPa）下，氧气直接氧化有机物。

（2）适用：高浓度有机废水（如污泥、化工废水）。

（3）强化形式：催化湿式氧化（CWAO） 加入催化剂（如 Cu、Mn）降低反应条件。

6. 非均相催化氧化

（1）常用催化剂：

TiO? 光催化：UV 照射下产生 ·OH

负载型金属催化剂（如 Pt/Al?O?、MnO?/活性炭）

（2）优点：催化剂可重复利用，无二次污染。

四、技术对比与选择建议

技术	适用 pH	优点	局限性
传统芬顿	2.5–3.5	操作简单，成本低	污泥量大，pH 限制
电芬顿	2–5	原位产 H?O?，污泥少	设备复杂，能耗高
过硫酸盐氧化	2–10	自由基寿命长	活化成本高
UV/H?O?	3–9	无污泥产生	对浊度敏感，UV 穿透力弱
非均相催化	3–9	催化剂可回收	催化效率可能不稳定

1.选择依据：

（1）水质特性：污染物类型、浓度、pH、浊度。

（2）处理目标：完全矿化 or 提高可生化性。

1. 

（3）经济性：药剂/能耗成本、污泥处置费用。

（4）操作复杂度：设备维护难度。

2.实际应用趋势：工业废水处理中，异相芬顿和过硫酸盐氧化因适用 pH 广、污泥少，逐渐成为主流替代技术；电芬顿在小型高浓度废水处理中具优势。