Fenton反應：在酸性條件下，H₂0₂與Fe²⁺反應產生羥基自由基，其具有超強的氧化能力（僅次于氟），能把難降解的有機物迅速氧化分解。

反應方程式：H₂0₂+Fe²⁺ →Fe³⁺+OH-+·OH

其中：Fe²⁺是催化劑，H₂0₂是氧化劑，·OH是產生的羥基自由基,羥基自由基存活時間很短，且極不穩定，生成后有兩個用途：

1、沒有碰到污染物，自然分解，造成浪費；

2、接觸到污染物，發揮氧化作用。

羥基自由基是芬頓反應的核心，技術創新路線都是沿著以上2個方面進行。

芬頓技術的發展：

第一代芬頓（又稱土芬頓），配套構筑物一般是混凝土澆注，僅有均相反應

優點：投資成本低

缺點：COD去除率一般30%~40%，營運成本高，污泥量大，容易返色（如雙氧水與硫酸亞鐵的投加量與投加比例控制不好，或三價鐵不沉淀容易導致廢水呈現出微黃色或黃褐色）。

瓶頸1：Fe²⁺為催化劑，使H₂O₂產生成?OH及OH-，但后續Fe(OH)₃、Fe(OH)₂的產生也伴隨著大量污泥。

瓶頸2：COD達到一定的去除率后，無法再繼續去除。

傳統芬頓只有均相反應（液態硫酸亞鐵與液態雙氧水發生反應生成羥基自由基），羥基自由基大部分都是被自然分解掉，利用率不高，因此，在傳統芬頓的基礎上，芬頓技術的創新主要在2方面：

1、生成更多的羥基自由基；

2、提高羥基自由基的被利用率；

第二代芬頓（流化床芬頓），配套反應器+填料，均相反應+非均相反應

在傳統芬頓均相反應的基礎上，流化床芬頓增加了非均相反應（固態羥基氧化鐵與液態雙氧水發生反應），以生成更多的羥基自由基，達到降低硫酸亞鐵、雙氧水等藥劑使用量及降低污泥產生量，從而提高芬頓反應的效率。

流化床芬頓配套反應器，反應器內設置有用于推助反應的填料床（填料一般選擇石英砂或鐵碳類填料），外源添加的硫酸亞鐵及雙氧水進行催化氧化反應所產生的三價鐵大部份在填料表面上結晶或沉淀，形成固體顆粒，通過射流泵、循環水泵增加回流比，從而將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，使顆粒具有流體的某些表觀特征，這種流-固接觸狀態稱為固體流態化，即流化床。

非均相反應：反應器內設有填料，硫酸亞鐵及雙氧水反應所產生的羥基氧化鐵（FeOOH）大部份在填料表面上結晶或沉淀，形成固體顆粒，該固體顆粒與雙氧水發生非均相反應產生羥基自由基：FeOOH + H₂0₂→·OH

相較于均相反應，非均相反應效率較低。如下圖所示：晶體外部紅色圈圈部分即為羥基氧化鐵，隨著附在填料上的羥基氧化鐵越來越多，晶體顆粒越來越大，當顆粒大到一定程度時，就會出現板結，因此，需要定期更換填料。

圖：芬頓流化床反應器內羥基氧化鐵大部份在填料表面上結晶或沉淀

流化床芬頓對傳統芬頓氧化法作了兩方面改良：

1）利用填料表面形成的鐵氧化物增加非均相反應，提高羥基自由基的產量，從而提高芬頓反應效率；

2）通過芬頓反應器內流化狀態促進化學氧化反應及傳質效率，即通過重新循環反應與芬頓體系形成協同作用，達到結合均相化學氧化（芬頓法）、非均相化學氧化（H₂O₂/FeOOH）、流體化床結晶及FeOOH的還原溶解等功能，使COD去除率提升，減少加藥量、減少污泥產量。

流化床芬頓以此優勢替代傳統芬頓在深度處理中應用，但依然存在2個問題：

1、在工程運行一段時間后，隨著晶體顆粒逐漸變大，需要定期清理及更換填料，從而定期產生耗材成本；

2、填料如果沒有得到及時清理和更換，非常容易發生板結及堵塞，造成運行效率不高及運行成本較高；

第三代芬頓（磁芬頓技術）：配套反應器+無填料，僅均相反應

與芬頓流化床通過增加非均相反應以生成更多羥基自由基技術路線不同，磁芬頓是提高羥基自由基與污染物的接觸幾率，增加羥基自由基的利用率，從而提高芬頓反應效率。磁芬頓的技術機理主要有以下方面：

1）經生化處理后的污水，COD大多是屬于極難降解的可溶性有機物，濃度極低（100mg/L即萬分之一），此時污水內部的結構：COD被大量的水分子包圍，羥基自由基很難接觸到COD。

傳統芬頓/流化床芬頓：采用飽和攻擊的方法，用幾倍于COD的雙氧水去氧化（通俗理解為使用蠻力），2個明顯特征：雙氧水一定是過量投加，反應后一定需要進行脫氣；

磁芬頓：先將廢水磁化，改變污染物分子與水分子之間的排列次序，使羥基自由基很容易接觸到COD，采用定點清除的方法去氧化COD（通俗理解為使用巧力），因此雙氧水的消耗量極低，只有流化床芬頓的30-40%，后續無需脫氣。

圖：傳統芬頓羥基自由基很難接觸污染物，自然分解較多，利用率不高

圖：磁芬頓大大增加羥基自由基與污染物的接觸幾率，利用率大幅提高

2）無需使用石英砂或鐵碳類填料

經過磁化后的污水，更有利于羥基自由基發揮氧化作用，大幅降低硫酸亞鐵和雙氧水的用量，提高污染物處理的廣譜性；磁芬頓在較寬的pH范圍內，將羥基自由基和污染物的高效接觸，大幅提高芬頓反應的效率，磁芬頓技術是對傳統芬頓（均相催化氧化）技術的提升，是高級氧化技術的豐富和發展。

相比第二代芬頓，磁芬頓技術最大的區別在于：無需使用填料，沒有非均相反應，大幅提高羥基自由基的利用率；

從磁芬頓與流化床芬頓的反應器外觀可以比較容易得出以下對比結論：

1、磁芬頓反應器高度比較矮，因為無需在反應器內部安裝填料（芬頓流化床反應器內約50%空間用于填充填料）；

2、磁芬頓反應器沒有爬梯和扶梯，設備零故障（芬頓流化床反應器須經常檢修及更換填料，因此需配備爬梯）；

3、磁芬頓反應器沒有回流泵/曝氣（芬頓流化床反應器需配備回流泵及曝氣，以讓反應器內部的填料充分流動）；

4、磁芬頓無需配備脫氣工藝（芬頓流化床脫氣主要用于吹脫雙氧水，磁芬頓雙氧水投加量小，不過量，無需吹脫）；

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