不同條件下Fenton試劑處理污泥脫水效果研究

周峻竹 王麗 張瑤 張敏 宋正萬 李永陽

【摘要】為了研制一種高效的污泥脫水劑，在控制反應體系的pH、反應時間和H2O2投加量、Fe2+投加量條件，檢測Fenton試劑污泥脫水效果。結果表明，在pH=3、反應時間60min、H2O2投加量為69、Fe2+投加量為0.5g條件下，Fenton試劑處理污泥脫水效果較好。

【關鍵詞】污泥;脫水劑;不同條件;Fenton試劑;脫水效果

【中圖分類號]X703

【文獻標識碼]A

近年來隨著中國工業和城鎮化的迅速發展，城市排放的污水量也在大幅增長。雖然污水處理廠的建設發展也跟上了節奏，但作為污水處理的副產物污泥產量在急劇增加。據統計，2020年市政污泥年產量將達到6000 - 9000萬t，約占總垃圾量的0.3%。污泥脫水是污泥處理過程中非常重要的環節，通過污泥脫水處理，可以大大減少污泥體積，從而降低污泥運輸和處理成本，同時可以去除其中大量的有害有毒物質，如重金屬離子、病原微生物、細菌、寄生卵、以及合成有機物等。

污泥中的水分分為顆粒間隙水、毛細管結合水、表面吸附水和內部結合水，其結合程度最強的是內部結合水，最弱的是顆粒間隙水，毛細管結合水、表面吸附水次之。常規的脫水操作只能處理顆粒間隙水，處理后污泥的含水率仍高達80%左右，效果不理想。污泥中的固體主要是以表面積大、吸附水能力極強的胞外聚合物形式存在。Fenton試劑由H202與Fe2+組成的，它具有非常強的氧化性，能氧化處理污泥中的胞外聚合物，讓污泥結構破壞，使得其表面的吸附水和內部結合水釋放出來，達到脫水目的。

本研究本文在不同pH、反應時間、H2O2投加量、H2O2與Fe2+的質量比等條件，測定Fenton試劑污泥脫水效果，以期為研制更好地解決污泥脫水問題奠定良好基礎。

1 材料和方法

1.1試驗儀器

JTlOOIN電子天平、HJ-6B恒溫磁力攪拌器、101-2型電熱鼓風干燥箱、SHZ-D（Ⅲ）循環水多用真空泵

1.2 試驗藥品

過氧化氫，七水硫酸亞鐵、氫氧化鈉、濃硫酸

1.3 實驗方法

1.3.1不同PH條件下Fenton試劑淤泥處理。在IL淤泥中加入H2O24g，FeS04·7H2O0.4g，反應時間為60min，以淤泥中的含水率為試驗指標，分析淤泥pH為1-6范圍內Fenton試劑對其脫水效果。

1.3.2不同反應時間Fenton試劑淤泥處理。反應體系在pH=3，H2O2和FeSO4.7H20的量分別為49和0.4g的條件下，分析反應時間在30 - 80min范圍內Fenton試劑對淤泥脫水處理效果。

1.3.3 H2O2的不同投加量Fenton試劑淤泥處理。反應體系在pH=3，反應時間為60min，FeSO4·7H2O用量為0.4g，分析H2O2的用量在2- 12g范圍內對污泥脫水的效果。

1.3.4 Fe2+的不同投加量Fenton試劑淤泥處理。在反應條件為pH=3，反應時間為60min，H2O2用量為69，分析不同H2O2與Fe2+的質量比在20/1 - 2/1范圍內對脫水后污泥含水率的影響。

1.3.5污泥含水率的測定。將處理后的污泥在0.04MPa真空下進行抽濾脫水，將脫水后的泥餅稱重后（ Wl）放入100℃的鼓風干燥箱中至恒重，再稱重（ W2），計算含水率。

含水率=（W2-W1）/W1×100%

2 結果與分析

2.1 PH對污泥脫水效果的影響

當反應體系的pH為1和2時，污泥中的含水率分別高達67.3%和66.7%，可能是反應體系中過量的H+不利于Fe3+轉變為Fe2+，從而降低了Fenton試劑的氧化能力，使污泥脫水效果較差;只有pH=3時污泥中的含水率最低達到64.5%;當pH升高大于3時，污泥中的含水率再次升高，達到66%，可見體系中的Fe2+不穩定，較易轉化為Fe2+，反應生成大量的Fe（OH）3沉淀，從而消耗了Fe2+，的量較大，使Fenton試劑的脫水效果受到影響。可見，pH=3時污泥脫水效果最佳。

2.2 反應時間對污泥脫水效果的影響

反應時間在30-60min時，隨著反應的進行，H202和Fe2+兩者之間氧化反應較劇烈，產生的.OH量也在不斷增加，有利于Fenton反應的進行，污泥脫水效果明顯提升;當時間>60min， Fenton試劑消耗較多，反應速率顯著降低，加上溶液呈酸性，不利于Fe3+朝向Fe2+反應的方向進行，從而影響污泥脫水效果。

2.3 H2O2投加量對污泥脫水效果的影響

隨著H2O2投加量在2- 6g范圍內，反應產生的.OH在不斷增多，氧化能力也在逐步增強，污泥含水率從67.7%下降到64.5%; H2O2投加量在6- 8g范圍內，污泥中的含水率幾乎沒變化，保持在64.5%;而當H2O2投加量大于89時，含水率開始升高，由64.5%上升到65.5%，可能是由于反應過程中生成了過量的.OH，抑制了之前產生的.OH，從而大大降低了Fenton試劑的氧化性，影響污泥脫水效果，反而使污泥含水率升高。2.4 H2O2與Fe2+的質量比對污泥脫水效果的影響

當兩者質量比在20/1 - 16/1時，污泥中的含水率保持在67%。隨著兩者質量比的升高，產生.OH的量大大增加，特別是質量比由16/1增加到12/1時候，試劑的氧化能力大幅提高，使得污泥中的含水率由67%驟降到64.5%;兩者質量比在12/1的基礎上逐步增加，這時Fez+投加量過多，導致過量的Fe2+在和H2O2反應的同時，自身也被氧化成Fe3+，從而大量消耗體系中具有氧化能力的H2O2，隨著H2O2的減少，對Fenton試劑的氧化效果造成很大影響，以致污泥脫水效果變差，含水率升高。

3 結論

Fenton試劑處理lOOmL含水率為95%的污泥，其最佳條件為：體系pH=3、反應時間為60min、H2O2投加量為69，H2O2與Fe2+的質量比為12/1。

通過Fenton試劑較強的氧化能力，能夠充分氧化污泥中的胞外聚合物，破壞其結構，釋放和脫除表面吸附水和內部結合水，使其含水率從95%降低至64.5%，達到快速高效脫水的目的。

[參考文獻]

[1]高廷耀，顧國維，周琪.水污染控制工程（第四版下冊）[M]，北京： 高等教育出版社，2016： 36-40.

[2]劉歡，楊家寬，時亞飛，等，不同調理方案下污泥脫水性能評價指標的相關性研究[J]環境科學，2011，32（ 11）：3394-3399.

[3]劉吉寶，李亞明，呂縊，等.污水處理廠不同工藝的污泥脫水效能分析及其影響因素研究[J]環境科學，2015，36（ 10）：3794-3800.

[4]蔣展鵬.環境工程學（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2013， 67-70.

[5]李立欣，趙乾身，馬放，等.廢水處理中污泥減量技術現狀及發展趨勢[J]，水處理技術，2015，41（1）：1-4.

[6]何東芹.Fenton類高級氧化反應在污泥脫水和污染物降解中的作用機制[D].安徽：中國科學技術大學，2017.

[作者簡介]周峻竹（2000-），女，四川內江人，在讀本科生。