- Principes de base et mécanismes de réaction
La technologie d'oxydation avancée de Fenton utilise l'effet synergique du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) et des ions ferreux (Fe²⁺) pour générer des radicaux hydroxyles (-OH) aux propriétés oxydantes extrêmement puissantes. Son potentiel d'oxydation peut atteindre 2,73 V (à pH=4), ce qui le place en deuxième position derrière l'acide fluorhydrique. L'équation de la réaction de base est la suivante :
Début de la réaction en chaîne : H₂O₂ + Fe²⁺ → Fe³⁺ + OH- + -OH
Oxydation des radicaux libres : RH + -OH → R- + H₂OR- + O₂ → ROO- → CO₂ + H₂O
Cycle de l'ion fer : Fe³⁺ + H₂O₂ → Fe²⁺ + HO₂- + H⁺Dans le cycle ci-dessus, Fe²⁺ agit comme un catalyseur pour activer continuellement H₂O₂, réalisant une minéralisation efficace des polluants organiques (convertis en CO₂, H₂O et sels inorganiques).
- Avantages techniques
Dégradation très efficace des matières organiques difficiles à dégrader : Il possède une capacité d'oxydation non sélective des polluants très stables tels que les composés aromatiques (phénols, chlorobenzènes) et les polychlorobiphényles.
Facile à utiliser : aucune lumière UV ou condition de température élevée n'est requise, et une réaction rapide (0,5-2 heures) peut être obtenue à température ambiante, ce qui permet d'économiser de l'espace et de la consommation d'énergie. Respectueux de l'environnement : il évite la production de polluants secondaires tels que les matières organiques chlorées, et les boues peuvent être recyclées comme ressource de sel de fer après le traitement.
Coût maîtrisable : L'investissement initial ne représente que 1/3-1/4 de celui du traitement biologique traditionnel, ce qui convient aux petites et moyennes entreprises.
- Facteurs clés d'influence et stratégies d'optimisation
| facteur | Mécanisme d'impact | Suggestions d'optimisation |
| pH | Lorsque le pH est inférieur à 3, l'oxydation du Fe²⁺ est limitée, et lorsque le pH est supérieur à 5, l'efficacité de la génération d'OH diminue. | Ajuster le pH à 2,5-4,5 (optimal 3,0) |
| H₂O₂ Dosage | Un ajout excessif entraîne une auto-enchantement des radicaux libres, tandis qu'un ajout insuffisant conduit à une dégradation incomplète. | Déterminé par l'expérience du rapport molaire DCO/H₂O₂ généralement (1:1-3). |
| Concentration en Fe²⁺ | Une valeur trop basse entraînera une faible efficacité catalytique, une valeur trop élevée augmentera la quantité de boues. | Maintenir [Fe²⁺] :[H₂O₂]=1:10-20 (rapport de masse) |
| température | Pour chaque augmentation de 10°C, la vitesse de réaction augmente de 2 à 3 fois. | Température de fonctionnement recommandée : 20-30℃ |
| Temps de réaction | Il faut généralement 20 à 40 minutes pour atteindre la valeur maximale. Un délai trop long entraîne l'accumulation de sous-produits. | Surveillance dynamique de la valeur ORP pour contrôler le point final de la réaction |
- Défis et technologies améliorées
Points faibles de la méthode traditionnelle de Fenton :
Grande quantité de boues : Les précipités de Fe(OH)₃ sont difficiles à décanter, ce qui augmente les coûts d'élimination.
Gaspillage de réactifs : Lorsque le taux d'élimination de la DCO atteint 50%-70%, le taux d'utilisation de H2O2 diminue de manière significative.
Remélange des couleurs : Le Fe³⁺ n'est pas complètement précipité, ce qui donne une eau jaune-brun.
Orientation de l'amélioration :
Méthode du lit fluidisé-Fenton : Des noyaux de cristallisation en sable de silice sont utilisés pour induire le Fe(OH)₃ à former des cristaux stables (taille des particules 1-2mm), réduisant la quantité de boues de 70% et améliorant le taux d'utilisation de H₂O₂.
Technologie Electro-Fenton : Combinée à l'oxydation électrochimique, elle génère des cycles Fe²⁺/Fe³⁺ in situ et réduit le dosage des réactifs.
Fenton photocatalytique : La lumière UV augmente la production d'OH et réduit la demande en H₂O₂.
- Points clés de la demande d'ingénierie
L'ordre d'ajout des réactifs : acidification d'abord (pH≈2,5) → ajout de Fe²⁺ (après 15 minutes) → ajout de H₂O₂ → ajustement du pH à la neutralité → floculation et précipitation.
Exigences en matière de qualité de l'eau entrante : SS <200mg/L, éviter les substances interférentes telles que les ions sulfure et le cyanure, et le seuil de tolérance de la concentration en Cl- doit être déterminé par des expériences.
Traitement des boues : Utiliser du PAM (polyacrylamide) pour améliorer la floculation ou ajouter de la chaux pour ajuster le pH afin de favoriser la sédimentation des boues ferrugineuses.
Protection contre la corrosion : Les équipements doivent être fabriqués dans des matériaux résistants à la corrosion (tels que FRP, HDPE), et les réservoirs de stockage de peroxyde d'hydrogène et les pipelines doivent être inspectés régulièrement.
