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（芬頓流化床），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，芬頓流化床增加了非均相反應（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。

芬頓流化床配套反應器，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。