H₂O₂ Fenton — Fe²⁺:H₂O₂ 配比最佳化與 500 m³/天處理案例研究 | 祿天

Fenton 反應使用 H₂O₂（過氧化氫，INTEROX ST 50，CAS 7722-84-1，比重 1.196–1.198 g/cm³）結合 FeCl₂（CAS 7758-94-3，含量 25–30%）產生羥基自由基 ·OH（E° = 2.80 V）— 僅次於氟的最強氧化劑。最佳 H₂O₂:Fe²⁺ 摩爾比 1:2 至 1:5，pH 2.5–4.0。Song Than 工業園區紡織廠案例（500 m³/天）：COD 從 800–1,200 mg/L 降至 80–120 mg/L，色度去除 >95%，化學品成本 2,800–3,500 VND/m³。祿天供應 Solvay H₂O₂ 和自產 FeCl₂ — 配送至全國工業園區。熱線 0979 891 929。

Fenton 反應機理 — 羥基自由基 ·OH 與氧化電位 2.80 V

經典 Fenton 反應基於 Fe²⁺ 催化 H₂O₂ 分解產生羥基自由基 (·OH)：

Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH⁻ + ·OH (E° = 2.80 V)

·OH 自由基的氧化電位 2.80 V — 高於臭氧 (2.07 V)、氯氣 (1.36 V) 和 H₂O₂ 本身 (1.78 V)。·OH 能破壞大多數有機鍵，特別是偶氮染料的芳環和難降解化合物。

Fe²⁺ 氧化為 Fe³⁺ 後，發生 Fe²⁺ 再生反應：

Fe³⁺ + H₂O₂ → Fe²⁺ + H⁺ + HO₂·

Fe²⁺ 從 Fe³⁺ 再生的機制維持了體系中 Fe²⁺ 的濃度，使反應能持續進行。·OH 生成速率取決於 pH、Fe²⁺:H₂O₂ 比例及溫度。

pH 對 Fenton 效率的影響

Fenton 反應的最佳 pH 範圍為 2.5–4.0：

• pH < 2.5：H₂O₂ 過於穩定，分解產生 ·OH 的能力降低。Fe²⁺ 以 [Fe(H₂O)₆]²⁺ 形式存在，較少參與 Fenton 迴圈。
• pH 2.5–4.0：Fe²⁺ 活性最強，H₂O₂ 分解產生 ·OH 的效率最高。這是所有工業廢水處理 Fenton 應用的標準 pH 範圍。
• pH > 4.0：Fe²⁺ 沉澱為 Fe(OH)₃，降低溶液中鐵離子濃度，抑制反應。H₂O₂ 也快速分解為 H₂O + O₂ 而非產生 ·OH。

執行 Fenton 前需用 H₂SO₄ 或 HCl 將廢水 pH 調節至 3.0–3.5 — 此步驟決定整個工藝 70–80% 的效率。

各廢水型別的最佳 H₂O₂:Fe²⁺ 摩爾比

H₂O₂:Fe²⁺ 摩爾比是關鍵引數。低於最佳比例，·OH 不足以氧化全部有機物；高於最佳比例則造成浪費並引發副反應。

標準比例區間：1:2 至 1:5（mol H₂O₂ : mol Fe²⁺）

實際劑量計算方法

需去除的 COD × (34/32) × 過量係數 1.0–1.5 = 所需純 H₂O₂（mg/L）。H₂O₂ 50% 用量 = （純品用量 ÷ 0.5）÷ 1.197（比重）。FeCl₂ 28% 用量 = （純 H₂O₂ 用量 × 摩爾比 × 127/34）÷ 0.28。

舉例：COD 1,000 mg/L，目標去除率 85%，比例 1:3：

• 純 H₂O₂ 用量約 612 mg/L；50% H₂O₂ 需約 1.02 mL/L
• FeCl₂ 28% 需約 1,081 mg/L

案例研究：Song Than 工業園區紡織廠 — 500 m³/天

位於平陽省 Song Than 工業園區的紡織染整公司。產能 500 m³ 廢水/天。棉/滌綸染色生產線，使用活性染料和分散染料。原有處理系統為 PAC 混凝+好氧生化，出水 COD 300-400 mg/L，未能達到 QCVN 40:2025（取代 QCVN 40:2011，2025年9月1日生效）A 列標準（COD ≤ 150 mg/L）。

進水引數

Fenton 解決方案

工廠在調節池後、初級混凝前增加 Fenton 單元：反應池 50 m³，PP 耐酸材質，浸沒式攪拌葉片 (100 rpm)；用 30% H₂SO₄ 將 pH 調節至 3.0–3.5；H₂O₂ (INTEROX ST 50) 劑量 480–600 L/天 (0.96–1.2 mL/L)；FeCl₂ (祿天 28%) 劑量 580–840 L/天 (1.16–1.68 mL/L)；H₂O₂:Fe²⁺ 摩爾比 1:3.5；反應時間 45–60 分鐘；用 20% NaOH 將 pH 中和至 8.0–8.5，沉澱 Fe(OH)₃。

30 天執行結果

出水達到 QCVN 40:2025（取代 QCVN 40:2011，2025年9月1日生效）A 列標準。化學品成本約 2,800–3,500 VND/m³（含 H₂SO₄ 和 NaOH）。Fenton 單元投資回收期：7–9 個月，主要來自生化處理藥劑成本的節省。

Fenton 燒杯試驗指南

對於每類廢水，沒有通用的 Fenton 配比。在系統設計前必須進行燒杯試驗，確定適用於當前水質的最佳比例。

準備工作

• 6 個 500 mL 燒杯，廢水 pH 已調至 3.0–3.5
• H₂O₂ 50% 稀釋 1:10 配成 5% 溶液（50 g/L）
• FeCl₂ 28% 稀釋 1:5 配成 5.6% 溶液
• 6 聯攪拌試驗裝置（Jar-test）

四步操作流程

第1步 — 比例梯度。 按下表配製6個燒杯：

以上劑量按估計COD 1,000 mg/L計算，若實際COD偏高或偏低，需按比例調整。

第2步 — 快速攪拌 200 rpm 3 分鐘，然後慢速攪拌 40 rpm 60 分鐘。 觀察顏色變化和氣泡產生（殘餘H₂O₂分解產生的O₂）。

第3步 — 中和沉降。 用10%NaOH將各燒杯pH提升至7.5–8.0，慢速攪拌20 rpm共10分鐘，靜置沉降30分鐘。

第4步 — 測量比較。 取上清液測量COD和色度。選擇COD最低且Fe²⁺劑量最經濟的燒杯，通常3號或4號燒杯（1:3或1:4比例）為最佳結果。

試驗注意事項

• 取樣時間應對應生產高峰時段——COD隨班次波動
• 使用實際廢水，不預先稀釋；若COD超過3,000 mg/L，可用蒸餾水按1:1稀釋
• 記錄廢水溫度——高溫會加速H₂O₂分解等副反應

常見問題

FeCl₂ 與傳統 FeSO₄ 在 Fenton 中有何不同？

FeCl₂ (CAS 7758-94-3) 的 Fe²⁺ 含量 25–30%，使用石灰時不會產生 CaSO₄ 沉澱，比 FeSO₄ 減少 15–20% 汙泥量。FeCl₂ 還利用反應中產生的 Fe³⁺ 提供額外混凝效果。相同操作條件下色度去除率比 FeSO₄ 高 5–10%。

Fenton 處理的成本是多少？

H₂O₂ + FeCl₂ + H₂SO₄ + NaOH 的化學品成本在 2,500–4,000 VND/m³ 之間（取決於進水 COD）。Song Than 案例在 COD 1,000 mg/L 時記錄為 2,800–3,500 VND/m³。尚未計入攪拌、加藥泵的電力成本及汙泥處理費用。

紡織廢水最佳的H₂O₂:Fe²⁺比例是多少？

1:3至1:4（摩爾比）適用於大多數COD 800-1,200 mg/L的紡織廢水，COD去除率可達80-90%。當COD較低（<500 mg/L）或處理電鍍廢水時，1:2比例更為適宜。實際應用前始終建議先進行燒杯試驗確認。

為什麼Fenton反應的pH必須控制在2.5-4.0？

該pH區間能使Fe²⁺保持溶解態，最大程度發揮催化H₂O₂分解生成·OH的能力。低於2.5會使H₂O₂過於穩定；高於4.0會造成鐵離子沉澱，效率下降50-70%。應使用pH計測量，不建議使用pH試紙。

FeCl₂能否在Fenton系統中迴圈利用？

可以透過電化學法（electro-Fenton）或Na₂S₂O₃等還原劑將Fe³⁺再生為Fe²⁺。該方法適用於中試規模或COD波動較大的場景。對於穩定執行的產線，批次式Fenton工藝更簡單且經濟。

Fenton工藝常見操作誤區

不少工廠在首次引入Fenton工藝時容易忽略幾個關鍵細節。第一是跳過燒杯試驗直接按經驗值投加，導致實際COD去除率遠低於預期或產生大量額外汙泥——不同產線的廢水成分差異很大，即使是同型別工廠，H₂O₂:Fe²⁺最佳比例也可能相差一倍以上。第二是pH調節不到位，僅憑pH試紙粗略判斷，而Fenton反應對pH的敏感度很高，偏差0.5個單位就可能使效率下降超過一半，因此必須使用校準過的pH計並在反應全程持續監測。第三是忽視反應時間控制，反應時間過短會導致·OH未充分氧化有機物，時間過長則H₂O₂被過度消耗、增加不必要成本。第四是中和沉澱階段操作過快，Fe(OH)₃絮體需要足夠的慢速攪拌和靜置時間才能有效沉降，若中和後立即排水，容易造成出水濁度和色度超標。

H₂O₂與FeCl₂的儲存與操作安全

H₂O₂（INTEROX ST 50）具有強氧化性，遇有機物、金屬離子或高溫可能加速分解並釋放大量氧氣，因此必須存放在陰涼、通風、遠離還原性物質和明火的區域，容器材質需選用HDPE等耐氧化材質，避免使用鐵、銅等易催化分解的金屬容器。FeCl₂溶液呈強酸性（pH<1.0），具有中等腐蝕性，儲存容器應選用HDPE或耐酸複合材質，避免使用普通碳鋼容器,以免發生腐蝕滲漏。操作人員在配藥和投加過程中應佩戴耐酸手套、護目鏡及防護服，工作區域需配備緊急衝淋設施。H₂O₂與FeCl₂應分開存放和投加，避免在未經控制的容器中直接混合，因為二者反應會立即產生大量氣體並釋放熱量，存在容器破裂風險。

Fenton系統的長期執行維護建議

Fenton單元投入執行後，建議每週至少一次核對加藥泵的實際流量與設定值是否一致，因為管路結垢或加藥泵磨損會導致實際投加量偏離設計值，進而影響COD去除效果。反應池攪拌葉片應定期檢查磨損情況，尤其是接觸強酸性介質的部件容易出現腐蝕減薄。中和沉澱池的Fe(OH)₃汙泥需要定期清運，若汙泥堆積過多會縮短有效沉降時間，導致出水懸浮物超標。此外，建議每月至少進行一次完整的燒杯試驗複核，因為原水COD成分可能隨生產訂單變化（例如染料種類切換、生產旺季廢水濃度升高），及時調整H₂O₂:Fe²⁺比例和pH設定點，才能持續保持處理效果穩定，避免因工況變化而出水超標。

聯絡報價諮詢 H₂O₂ 與 FeCl₂

祿天供應 Solvay 韓國產 H₂O₂ INTEROX ST 50 — 每批次COA/MSDS，比重1.196–1.198 g/cm³，以及自產FeCl₂ 25-30%。透過槽車（5-30噸）和6個倉庫（巴地頭頓、同奈、平陽、峴港、芹苴、北寧）配送至全國工業園區。

• 熱線：0979 891 929 — 15分鐘內報價
• 稅號：0313650856
• 郵箱：[email protected]
• 網站：hoachatlocthien.com

延伸閱讀： FeCl₂概述 — CAS 7758-94-3 全面介紹 | H₂O₂過氧化氫全解析 — 濃度、UN 2014及工業應用

🛠️ 祿天化學技術支援與槽車採購專區 (Technical Support & Tanker Procurement)

• 化學品專用槽車直供： 氯化亞鐵 FeCl2 15–30%（原廠直營製造商）（5–30 公噸化學專用槽車直送廠區）
• 安全資料表下載： 下載 FeCl2 氯化亞鐵 SDS 安全資料表 (繁體版)（繁體中文 GHS 16 項標準規格）
• 工程試算工具： 在線廢水加藥量與成本計算器（支援 Fenton 反應、酸鹼中和與混凝沉澱試算）
• 採購諮詢與報價： 索取工業園區槽車合約報價單（技術諮詢熱線：0979 891 929｜官方郵箱：[email protected]）