- Principios básicos y mecanismos de reacción
La tecnología de oxidación avanzada Fenton utiliza el efecto sinérgico del peróxido de hidrógeno (H₂O₂) y los iones ferrosos (Fe²⁺) para generar radicales hidroxilo (-OH) con propiedades oxidantes extremadamente potentes. Su potencial de oxidación alcanza los 2,73 V (a pH=4), sólo superado por el ácido fluorhídrico. La ecuación de reacción principal es la siguiente
Comienza la reacción en cadena: H₂O₂ + Fe²⁺ → Fe³⁺ + OH- + -OH.
Oxidación de radicales libres: RH + -OH → R- + H₂OR- + O₂ → ROO- → CO₂ + H₂O
Ciclo de los iones de hierro: Fe³⁺ + H₂O₂ → Fe²⁺ + HO₂- + H⁺A través del ciclo anterior, el Fe²⁺ actúa como catalizador para activar continuamente H₂O₂, logrando una mineralización eficaz de los contaminantes orgánicos (convertidos en CO₂, H₂O y sales inorgánicas).
- Ventajas técnicas
Degradación muy eficaz de la materia orgánica difícil de degradar: Tiene capacidad de oxidación no selectiva para contaminantes muy estables como compuestos aromáticos (como fenoles, clorobencenos) y bifenilos policlorados.
Fácil de manejar: no requiere luz UV ni condiciones de alta temperatura, y puede conseguirse una reacción rápida (0,5-2 horas) a temperatura ambiente, lo que ahorra espacio y consumo de energía. Respetuoso con el medio ambiente: evita la generación de contaminantes secundarios como la materia orgánica clorada, y los lodos pueden reciclarse como recurso de sales de hierro tras el tratamiento.
Coste controlable: La inversión inicial es sólo 1/3-1/4 de la del tratamiento biológico tradicional, adecuado para pequeñas y medianas empresas.
- Principales factores de influencia y estrategias de optimización
| factor | Mecanismo de impacto | Sugerencias de optimización |
| pH | Cuando el pH 5, la eficiencia de la generación de OH disminuye. | Ajustar el pH a 2,5-4,5 (óptimo 3,0) |
| H₂O₂ Posología | Una adición excesiva provoca la autoextinción de los radicales libres, mientras que una adición insuficiente provoca una degradación incompleta. | Determinado por el experimento de relación molar DQO/H₂O₂ normalmente (1:1-3). |
| Concentración de Fe²⁺ | Si es demasiado bajo, la eficacia catalítica será baja; si es demasiado alto, aumentará la cantidad de lodo. | Mantener [Fe²⁺]:[H₂O₂]=1:10-20 (relación de masas). |
| temperatura | Por cada 10°C de aumento, la velocidad de reacción aumenta 2-3 veces | Temperatura de funcionamiento recomendada: 20-30℃ |
| Tiempo de reacción | Suele tardar entre 20 y 40 minutos en alcanzar el valor máximo. Si tarda demasiado, provocará la acumulación de subproductos. | Monitorización dinámica del valor ORP para controlar el punto final de la reacción |
- Retos y tecnologías mejoradas
Puntos débiles del método Fenton tradicional:
Gran cantidad de lodos: Los precipitados de Fe(OH)₃ son difíciles de sedimentar, lo que aumenta los costes de eliminación.
Desperdicio de reactivos: Una vez que la tasa de eliminación de DQO alcanza 50%-70%, la tasa de utilización de H2O2 disminuye significativamente.
Remezcla de color: El Fe³⁺ no se precipita completamente, dando lugar a agua de color amarillo-marrón.
Dirección de mejora:
Método de lecho fluidizado-Fenton: Se utilizan núcleos de cristalización de arena de sílice para inducir al Fe(OH)₃ a formar cristales estables (tamaño de partícula 1-2mm), reduciendo la cantidad de lodo por 70% y mejorando la tasa de utilización del H₂O₂.
Tecnología Electro-Fenton: Combinada con la oxidación electroquímica, genera ciclos de Fe²⁺/Fe³⁺ in situ y reduce la dosificación de reactivos.
Fenton fotocatalítico: La luz UV potencia la generación de OH y reduce la demanda de H₂O₂.
- Puntos clave de la aplicación de ingeniería
El orden de adición de los reactivos: acidificación primero (pH≈2,5) → adición de Fe²⁺ (después de 15 minutos) → adición de H₂O₂ → ajuste del pH a neutro → floculación y precipitación.
Requisitos de calidad del agua influente: SS <200mg/L, evitar sustancias interferentes como iones sulfuro y cianuro, y el umbral de tolerancia de concentración de Cl- debe determinarse mediante experimentos.
Tratamiento de lodos: Utilizar PAM (poliacrilamida) para mejorar la floculación, o añadir cal para ajustar el pH y favorecer la sedimentación de lodos férricos.
Protección contra la corrosión: El equipo debe estar hecho de materiales resistentes a la corrosión (como FRP, HDPE), y los tanques de almacenamiento de peróxido de hidrógeno y las tuberías deben ser inspeccionados regularmente.
