電化學(xué)聯(lián)合類芬頓試劑對(duì)剩余污泥的調(diào)理研究*

羅宿星，伍遠(yuǎn)輝，范莎莎，杜啟露

(遵義師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州　遵義　563002)

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電化學(xué)聯(lián)合類芬頓試劑對(duì)剩余污泥的調(diào)理研究*

羅宿星，伍遠(yuǎn)輝，范莎莎，杜啟露

(遵義師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州遵義563002)

以污泥離心脫水率、毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)、COD的去除等為指標(biāo)，研究了電化學(xué)聯(lián)合類芬頓試劑對(duì)污泥的調(diào)理作用。討論了H2O2濃度、Fe3+濃度、電化學(xué)處理時(shí)間的影響。研究結(jié)果表明，類芬頓試劑中H2O2的投加量為80 mg/g，F(xiàn)e3+的投加量為10 mg/g，電化學(xué)處理120 min，此時(shí)污泥的毛細(xì)吸水時(shí)間為27.6 s，污泥COD降至3415.7 mg/L，污泥離心后含水率為69.1%。

剩余污泥；電化學(xué)；類芬頓

在污泥處理及處置流程中，污泥脫水減量化已成為一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。含水率高、體積龐大，水分難以脫除，含有毒有害物質(zhì)是城市污水廠污泥最為顯著的特征[1]。而污泥的調(diào)理在污泥脫水過程中起著關(guān)鍵作用[2]，污泥調(diào)理可改變污泥顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)和組分，破壞污泥顆粒部分膠體結(jié)構(gòu)，降低與水的親和力，去除有毒有害物質(zhì)，改善污泥性能。

電化學(xué)處理是利用電化學(xué)的方法將難降解有機(jī)物或生物毒性污染物降解，利用在電化學(xué)過程形成的強(qiáng)氧化性·OH基團(tuán)破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)[3-4]，氧化污泥胞外聚合物，降低處理工藝過程的剩余污泥量，實(shí)現(xiàn)污泥減量化，后續(xù)處理簡單，占地面積小管理方便，符合污泥處理穩(wěn)定化無害化減量化和資源化的總體要求。

類芬頓試劑具有高氧化性、反應(yīng)速度快、不需要調(diào)節(jié)污泥pH值、二次污染小的優(yōu)點(diǎn)，本文采用電化學(xué)聯(lián)合類芬頓試劑處理改善污泥脫水性能，無二次污染，節(jié)省了能耗，大大增加了污泥的脫水率。

1　材料與方法

1.1污泥來源及基本性質(zhì)

本試驗(yàn)的污泥來自貴州遵義市某污水處理廠樣品取回后靜置，待其穩(wěn)定后去掉上清液，測定污泥基本理化性質(zhì)，結(jié)果見表1。

表1　污泥樣品的理化性質(zhì)

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

電化學(xué)處理裝置為有機(jī)玻璃制作的圓柱形反應(yīng)器，內(nèi)徑為15 cm，體積為3.0 L，電源為SW-17直流恒壓電源，攪拌設(shè)備為ZNCL-B智能數(shù)顯磁力攪拌器；電子分析天平，梅勒特儀器(上海)有限公司；304 M毛細(xì)吸水時(shí)間測定儀，Triton Electronics。

本文實(shí)驗(yàn)選用Ir/RuO2作陽極，Ti/RuO2作陰極，陰陽極之間的距離為4 cm，電壓為30 V，實(shí)驗(yàn)時(shí)加入0.2 mol/L的NaCl作為支持電解質(zhì)。

1.3測定指標(biāo)

以離心后污泥含水率、毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)、COD的去除率等為指標(biāo)。

2　結(jié)果與討論

2.1H2O2濃度的影響

圖1　H2O2的投加量對(duì)污泥毛細(xì)吸水時(shí)間和COD的影響

H2O2是產(chǎn)生·OH的來源，是類Fenton氧化反應(yīng)最關(guān)鍵的參數(shù)之一,直接影響污泥的氧化程度[5]，固定Fe3+的投加量為5 mg/g，NaCl的濃度為0.2 mol/L，H2O2的投加量分別為0、20、50、80、110、140 mg/g，電化學(xué)處理時(shí)間為90 min，對(duì)污泥的毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)的影響和COD的去除見圖1。由圖可知，隨著H2O2的投加量的增加，類芬頓體系對(duì)污泥的氧化能力也相應(yīng)增強(qiáng)，污泥的毛細(xì)吸水時(shí)間和COD值大幅減小，當(dāng)H2O2的投加量大于80 mg/g時(shí)，過量的H2O2易產(chǎn)生HOO·，且導(dǎo)致H2O2無法有效的分解[6]，故本實(shí)驗(yàn)選H2O2的最佳投加量為80 mg/g。

2.2Fe3+量的影響

圖2　Fe3+的投加量對(duì)污泥毛細(xì)吸水時(shí)間和COD的影響

Fe3+是類Fenton反應(yīng)體系中非常重要的因素之一，是催化氧化產(chǎn)生·OH的必要條件[7]。固定H2O2的投加量為80 mg/g，NaCl的濃度為0.2 mol/L，電化學(xué)處理時(shí)間為90 min，F(xiàn)e3+的投加量分別為0、5、10、15、20 mg/g，F(xiàn)e3+對(duì)污泥的毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)的影響和COD的去除見圖2。由圖2可知，隨著Fe3+投加量的增加，污泥的毛細(xì)吸水時(shí)間和COD迅速減少，F(xiàn)e3+是催化產(chǎn)生·OH的必要條件，當(dāng)Fe3+投加量過低時(shí)，催化產(chǎn)生的·OH少，反應(yīng)效率低，當(dāng) Fe3+的投加量達(dá)到10 mg/g，污泥毛細(xì)吸水時(shí)間和COD值降到最低，氧化效果達(dá)到最佳。

2.3電化學(xué)處理時(shí)間的影響

圖3　不同處理時(shí)間對(duì)污泥COD的影響

圖4　不同處理時(shí)間對(duì)污泥離心含水率的影響

圖3和圖4分別是不同處理時(shí)間對(duì)污泥COD和離心含水率的影響。由圖可知，單獨(dú)電化學(xué)處理和單獨(dú)類芬頓試劑處理污泥，污泥的含水率和COD均有所降低，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電化學(xué)聯(lián)合類芬頓處理的污泥，這是因?yàn)殡娀瘜W(xué)預(yù)處理過程中形成的強(qiáng)氧化性·OH基團(tuán)破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，提高類芬頓試劑的利用率。

3　結(jié)　論

類芬頓試劑在污泥的原始pH下(接近中性)仍具有較強(qiáng)的氧化作用，可以減少傳統(tǒng)芬頓氧化因 pH 調(diào)節(jié)而耗費(fèi)大量的藥劑，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，類芬頓試劑聯(lián)合電化學(xué)方法處理污泥，作為一種新的技術(shù)方法，可改善污泥絮體結(jié)構(gòu)，降低COD的值，對(duì)污泥調(diào)理效果優(yōu)于單一方法調(diào)理。

[1]Chen C Y, Zhang P Y, Zeng G M, et al. Sewage sludge conditioning with coal fly ash modified by sulfuric acid[J].Chemical Engineering Journal, 2010, 158(3):616-622.

[2]吳玲.改善城市污水處理廠污泥脫水性能的試驗(yàn)研究[D].長沙:湖南大學(xué),2012.

[3]Haiping Yuan, Nanwen Zhu, Lijie Song. Conditioning of sewage sludge with electrolysis: Effectiveness and optimizing study to improve dewaterability[J]. Bioresource Technology, 2010,101(12):4285-4290.

[4]Haiping Yuan, Nanwen Zhu, Fanyong Song. Dewaterability characteristics of sludge conditioned with surfactants pretreatment by electrolysis[J]. Bioresource Technology, 2011, 102(3):2308-2315.

[5]Gallard H, De Laat J. Kinetic modelling of Fe(III)/H2O2oxidation reactions in dilute aqueous solution using atrazine as a model organic compound[J].Water Research, 2000,34(12):3107-3116.

[6]陳傳好,謝波,任源.Fenton試劑處理廢水中各影響閃子的作機(jī)制[J].環(huán)境科學(xué), 2000,21(3):93-96.

[7]Lu M, Lin C, Liao C, et al. Dewatering of activated sludge by Fenton’s reagent[J]. Advances in Environmental Research, 2003,7(3):667-670.

Conditioning of Sludge by Using Electrolysis Combined with Fenton-like Reagent*

LUO Su-xing， WU Yuan-hui，F(xiàn)AN Sha-sha, DU Qi-lu

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Zunyi Normal College, Guizhou Zunyi 563002, China)

The potential benefits of electrolysis-conditioned sludge treatments with Fenton-like reagent were investigated. The effects of initial H2O2concentration, Fe3+concentration and operating time on sludge through determining cake moisture, capillary suction time (CST), the removal rate of chemical oxygen demand (COD) were studied. Based on the experimental results, for the sludge conditioning by electrolysis and Fenton-like reagent, the operation conditions were optimized with H2O2dosages of 80 mg/g, Fe3+dosages of 10 mg/g and of operating time 120 min. The capillary suction time(CST)was 27.6 s, the chemical oxygen demand (COD) was 3415.7 mg/L, while the moisture was as low as 69.1%.

excess sludge; electrolysis; Fenton-like

貴州省科技廳基金項(xiàng)目(黔科合J字LKZS[2014]01號(hào)和黔科合J字LKZS[2012]30號(hào))；貴州省教育廳市州地普通本科高校教育質(zhì)量提升科研項(xiàng)目(2011-11)；遵義市“15851人才精英工程”資助項(xiàng)目(2013-24)；全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510664020)；全國大學(xué)生“小平科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”資助項(xiàng)目(2014-85)；遵義市創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)項(xiàng)目(遵義市科合(2015)39號(hào))。

羅宿星，教授，主要從事環(huán)境化學(xué)的研究。

X703

A

1001-9677(2016)01-0066-03