Fenton反应：在酸性条件下，H₂0₂与Fe²⁺反应产生羟基自由基，其具有超强的氧化能力（仅次于氟），能把难降解的有机物迅速氧化分解。

反应方程式：H₂0₂+Fe²⁺ →Fe³⁺+OH-+·OH

其中：Fe²⁺是催化剂，H₂0₂是氧化剂，·OH是产生的羟基自由基,羟基自由基存活时间很短，且极不稳定，生成后有两个用途：

1、没有碰到污染物，自然分解，造成浪费；

2、接触到污染物，发挥氧化作用。

羟基自由基是芬顿反应的核心，技术创新路线都是沿着以上2个方面进行。

芬顿技术的发展：

第一代芬顿（又称土芬顿），配套构筑物一般是混凝土浇注，仅有均相反应

优点：投资成本低

缺点：COD去除率一般30%~40%，营运成本高，污泥量大，容易返色（如双氧水与硫酸亚铁的投加量与投加比例控制不好，或三价铁不沉淀容易导致废水呈现出微黄色或黄褐色）。

瓶颈1：Fe²⁺为催化剂，使H₂O₂产生成・OH及OH-，但后续Fe(OH)₃、Fe(OH)₂的产生也伴随着大量污泥。

瓶颈2：COD达到一定的去除率后，无法再继续去除。

传统芬顿只有均相反应（液态硫酸亚铁与液态双氧水发生反应生成羟基自由基），羟基自由基大部分都是被自然分解掉，利用率不高，因此，在传统芬顿的基础上，芬顿技术的创新主要在2方面：

1、生成更多的羟基自由基；

2、提高羟基自由基的被利用率；

第二代芬顿（芬顿流化床），配套反应器+填料，均相反应+非均相反应

在传统芬顿均相反应的基础上，芬顿流化床增加了非均相反应（固态羟基氧化铁与液态双氧水发生反应），以生成更多的羟基自由基，达到降低硫酸亚铁、双氧水等药剂使用量及降低污泥产生量，从而提高芬顿反应的效率。

芬顿流化床配套反应器，反应器内设置有用于推助反应的填料床（填料一般选择石英砂或铁碳类填料），外源添加的硫酸亚铁及双氧水进行催化氧化反应所产生的三价铁大部份在填料表面上结晶或沉淀，形成固体颗粒，通过射流泵、循环水泵增加回流比，从而将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流-固接触状态称为固体流态化，即流化床。

非均相反应：反应器内设有填料，硫酸亚铁及双氧水反应所产生的羟基氧化铁（FeOOH）大部份在填料表面上结晶或沉淀，形成固体颗粒，该固体颗粒与双氧水发生非均相反应产生羟基自由基：FeOOH + H₂0₂→·OH

相较于均相反应，非均相反应效率较低。如下图所示：晶体外部红色圈圈部分即为羟基氧化铁，随着附在填料上的羟基氧化铁越来越多，晶体颗粒越来越大，当颗粒大到一定程度时，就会出现板结，因此，需要定期更换填料。

图：芬顿流化床反应器内羟基氧化铁大部份在填料表面上结晶或沉淀

芬顿流化床对传统芬顿氧化法作了两方面改良：

1）利用填料表面形成的铁氧化物增加非均相反应，提高羟基自由基的产量，从而提高芬顿反应效率；

2）通过芬顿反应器内流化状态促进化学氧化反应及传质效率，即通过重新循环反应与芬顿体系形成协同作用，达到结合均相化学氧化（芬顿法）、非均相化学氧化（H₂O₂/FeOOH）、流体化床结晶及FeOOH的还原溶解等功能，使COD去除率提升，减少加药量、减少污泥产量。

芬顿流化床以此优势替代传统芬顿在深度处理中应用，但依然存在2个问题：

1、在工程运行一段时间后，随着晶体颗粒逐渐变大，需要定期清理及更换填料，从而定期产生耗材成本；

2、填料如果没有得到及时清理和更换，非常容易发生板结及堵塞，造成运行效率不高及运行成本较高；

第三代芬顿（磁芬顿技术）：配套反应器+无填料，仅均相反应

与芬顿流化床通过增加非均相反应以生成更多羟基自由基技术路线不同，磁芬顿是提高羟基自由基与污染物的接触几率，增加羟基自由基的利用率，从而提高芬顿反应效率。磁芬顿的技术机理主要有以下方面：

1）磁化工艺技术：

污水以一定的流速经过磁场区域时，顺磁性的水分子按照磁力线方向重新排列，从而改变污水中溶解态和胶体态有机污染物与水分子的结合状态，水分子团平衡体系被打破，从而加大污染物与羟基自由基的碰撞几率，使得化学反应的速度和反应程度显著提高，节省药剂消耗；

图：传统芬顿羟基自由基很难接触污染物，自然分解较多，利用率不高

图：磁芬顿大大增加羟基自由基与污染物的接触几率，利用率大幅提高

2）无需使用石英砂或铁碳类填料

经过磁化后的污水，更有利于羟基自由基发挥氧化作用，大幅降低硫酸亚铁和双氧水的用量，提高污染物处理的广谱性；磁芬顿在较宽的pH范围内，将羟基自由基和污染物的高效接触，大幅提高芬顿反应的效率，磁芬顿技术是对传统芬顿（均相催化氧化）技术的提升，是高级氧化技术的丰富和发展。

3）铁盐网捕、聚沉、吸附和络合架桥作用：

硫酸亚铁在前端是反应系统催化剂，在后端固液分离单元又形成高效铁盐混凝剂，不需要再外源投加混凝剂，磁芬顿技术具有催化还原、催化氧化、催化缩合反应，更有效的将有机污染物充分反应及降解，促进了混凝效果。

相比第二代芬顿，磁芬顿技术最大的区别在于：无需使用填料，没有非均相反应，大幅提高羟基自由基的利用率；

从磁芬顿与芬顿流化床的反应器外观可以比较容易得出以下对比结论：

1、磁芬顿反应器高度比较矮，因为无需在反应器内部安装填料（芬顿流化床反应器内约50%空间用于填充填料）；

2、磁芬顿反应器没有爬梯和扶梯，设备零故障（芬顿流化床反应器须经常检修及更换填料，因此需配备爬梯）；

3、磁芬顿反应器没有回流泵/曝气（芬顿流化床反应器需配备回流泵及曝气，以让反应器内部的填料充分流动）；

4、磁芬顿无需配备脱气工艺（芬顿流化床脱气主要用于吹脱双氧水，磁芬顿双氧水投加量小，不存在过量情况，无需吹脱）；

在工程项目实际应用中，磁芬顿主要体现出以下几方面的优势：

1）高效、广谱、处理负荷大、抗负荷冲击能力强

磁芬顿对抗氧化、抗光化、抗生化的发色基团具有良好脱除作用，可显著降低污水COD、SS、色度、总磷、臭味。COD去除率达到60%-85%，脱色率高达90%。

2）运行成本低

磁芬顿技术拓宽了反应条件（PH相较于芬顿流化床的3-4，磁芬顿的为4-5），酸和碱用量都大幅下降，再通过磁分离技术，大幅降低硫酸亚铁和双氧水的使用量，降低了整体药剂耗量。

3）无需使用填料

磁芬顿无需使用填料，没有耗材成本，业主无需担心绑定销售，同时，反应器内无需进行回流或曝气，也能降低运行电耗。

4）规避板结和堵塞，系统稳定性好、维护量低

芬顿流化床普遍存在结钙、结晶的问题，填料颗粒越来越大，造成系统堵塞、板结情况非常普遍。磁芬顿无需使用任何填料，没有结晶、吸附或过滤系统，即不存在吸附堵塞或饱和、再生问题，从根源上杜绝板结和堵塞问题，大幅降低系统故障率，现场维护工作量低，确保系统长期稳定运行。

5）污泥产生量大大降低

硫酸亚铁投加量的降低，大大减少了污泥的产生，较芬顿流化床污泥量可减少30%左右。

6）出水返色、飘泥问题根除

磁芬顿技术减少了亚铁和双氧水的使用量，残留在污水中的Fe³⁺和H₂O₂大大减少，解决了铁离子返色和双氧水分解为O₂带泥等问题，出水清澈透明。