芬顿反应器的核心技术原理是利用芬顿试剂（即亚铁离子 Fe²⁺与过氧化氢 H₂O₂）在酸性条件下发生链式反应，生成具有强氧化性的羟基自由基（・OH）。这种自由基氧化电位高达 2.8V，可无选择性地攻击水中的难生物降解有机物，将其分解为小分子有机物甚至 CO₂和 H₂O，从而实现污染物的高效去除，这一特性使其在多种复杂污水处理场景中展现出独特价值。​

在工业废水深度处理领域，化工行业生产过程中产生的含苯、甲苯、二甲苯等芳香族化合物废水，制药行业的抗生素、甾体类等高毒性有机废水，以及印染行业的偶氮染料、蒽醌染料等显色物质废水，均是芬顿反应器的典型处理对象。通过芬顿反应预处理后，不仅能将 COD 去除率提升至 50%-80%，还可显著降低废水毒性，将 B/C 比提升至 0.3 以上，为后续生物处理创造有利条件。​

对于垃圾渗滤液这类特殊废水，常规生物处理工艺难以有效降解。芬顿反应器可通过羟基自由基的强氧化作用破坏这类有机物的环状结构，将其转化为易生物降解的小分子物质，大幅降低渗滤液的 COD 和色度，同时减少后续纳滤、反渗透等膜处理工艺的膜污染风险，延长膜组件使用寿命，降低整体处理成本。​

在应急污水处理场景中，当发生农药泄漏、化工原料外泄等突发性有机污染事件时，芬顿反应器凭借反应速度快（水力停留时间通常为 0.5-2 小时）、启动灵活的优势，可在短时间内快速投入运行，通过投加适量芬顿试剂将污染物浓度降至安全限值以下。

对于用地紧张的污水处理厂提标改造项目，芬顿反应器因设备集成度高、占地面积小（仅为传统氧化工艺的 30%-50%），可在原有场地内实现升级改造，助力出水 COD、色度、总有机碳（TOC）等指标稳定达到排放标准要求。