电化学方法在污泥处理中的应用

2013-08-15罗宿星刘代伙伍远辉

遵义师范学院学报 2013年4期

罗宿星，刘代伙，伍远辉

（遵义师范学院化学化工学院，贵州遵义563002）

随着经济的快速发展及人们环保意识的增强，我国污水处理行业迅速发展。城市污泥作为污水处理的必然产物，其产生量也不断增长，污泥中含有各种重金属元素、污染物、微生物、细菌、无机物和有机物等，污泥处理将成为我国一个更加突出的环境问题[1,2]，对污泥进行处理并回收利用是污泥最好的处理方法[3]。通过电化学方法处理污水厂污泥，寻求最佳的电化学方法和实验条件，可将污泥资源加以重复利用，因此受到许多国内外学者的关注。近年来，许多学者研究污泥稳定性，利用污泥制作吸附剂、絮凝剂[4]，并对污泥中的重金属进行回收利用和无害化处理[5]，这些研究都可以净化污泥，减少其对环境的二次污染。据报道，目前我国废水年排放量约550亿立方米，其中生活废水约300亿立方米，各种废水中COD含量近1400万吨，氨氮130多万吨，有20%左右污染物不能有效去除，根据我国巨大排放量的污水污泥现状，对污泥资源的回收利用有广阔的应用前景[6]。

1 污泥的稳定化处理

污泥稳定是污泥处理与处置的重要环节，将污泥稳定可以减少各种病原体、消除讨厌的气味、抑制腐化的潜力。由于污泥的处置方法以填埋、农用为主，于是稳定化处理[7-9]对安全地处置污泥具有重要的意义。电解法能有效破坏难降解有机物的结构，进而让污染物彻底降解。将电化学方法应用于污泥的稳定化处理，与传统的厌氧、好氧消化方法相比，具有收效好、处理时间短、设备简易等特点。尹炳奎等[10]用电化学方法对城市剩余污泥稳定化的影响进行了研究，结果表明用不锈钢板为阴级、钛涂钌电极为阳极，在极板间距2cm、电压20V的条件下，其曝气量调至3L/h，电解20分钟后，pH=4时，污泥的VSS去除率达40%以上，且污泥的脱水性能得到提高，污泥中的病原体也达到未检出水平。

吴春忠等[11]用实验探讨了利用三维电极氧化法处理污泥的可行性。在恒压20V的槽电压条件下，电解20分钟，活性碳填充高度为1.6cm时效果较佳，VSS去除率可达56.6%，VSS/TSS降为38%。在电压为40V条件下，将电解池的温度调至87℃，VSS的去除率可达64%左右。

王凯军等[12]对厌氧处理的污泥的稳定性进行了研究。实验结果表明，在适宜的温度（约9～21℃）和一定的工艺流程条件下可有效地去除生活污水中悬浮性和溶解性的有机物，且污水处理和污泥稳定化的停留时间分别为5.0小时和2天，这是一种较好的生活污水处理工艺。

张华等[13]对不同性质污泥在模拟填埋场中的稳定化进程进行了研究。结果显示，经过498天的降解，生物污泥、矿物垃圾和化学污泥中有机质的降解率分别为67.1%、61.6%和30.5%。污泥在填埋场中将快速的稳定化，按照污泥中的有机质降解到100mg/g进行预测，污泥的填埋稳定化时间约为3年，按照BDM降到4.76%时污泥达到完全稳定化状态预测，污泥填埋场的稳定化时间为2.9～4.7年。

2 处理的电化学方法

周贞英等[14]对污泥处理的电化学方法进行了探讨，总结出该方法具有灵活性、减少再次污染性、易控制性、经济性的优点。虽然电化学处理技术的方式多种多样，但其基本原理大体相同，都是将污染物在电极上发生直接氧化、间接氧化或将其置于可溶电极水解后形成絮凝吸附等，从而除去污染物。主要方法有电解氧化法，絮凝与吸附法等。用电絮凝处理技术对化学絮凝技术进行改进，通过电絮凝技术作用吸附污染物，进而去除污染物。

周贞英等[15]还研究了电化学处理方法对污泥形态的影响，并用高分辨率的电子显微镜来观察污泥颗粒内部的超微结构特征。结果表明，在高压50V下，电解30分钟，污泥菌胶团结构受到严重破损。而在30V条件下，电解30分钟后，菌胶团结构只遭到破损，处于表面层的LB-EPS被氧化并释放出胞内自由水，该污泥的脱水性能得到改善。在Ti/RuO2网状极板为阴极，Ir/RuO2为阳极，极板间距4cm，电压30V，搅拌速率100 r/m in条件下，处理30分钟，结果毛细吸水时间下降了35.5%，该污泥的脱水性能也得到较好改善。

丁瑾等[16]运用电化学技术对污泥好氧性能进行了研究，考察了用电化学技术处理污泥的效果及实验条件，分析了污泥经过电化学处理后对其好氧消化效果的影响。实验结果表明，在网状钛涂钌极板为电极、pH11.00、板间距2.0 cm、工作电压15V的条件下，电解30分钟，污泥的MLVSS去除率达97%，将电化学处理后的污泥置于自然温度9～16℃下作好氧化处理，经过14天后，其MLVSS的去除率为40.2%，与同期未经处理的污泥（MLVSS去除率为33.2%）相比，去除率明显提高。

胡烨等[17,18]对污水中油和COD的电化学降解脱除进行了实验。他们利用不同的电极材料进行处理，并对其效果进行综合比较，研究结果表明采用铁电极和铝电极的处理效果最好，用铝电极作阳极时其COD去除率比用铁电极要好，但用铁作阳极材料的除油效果比用铝作阳极材料要好。在污水中油的浓度为637.0mg/L、pH3～4、电流密度75mA/cm的条件下，将污水通过电解处理60分钟后，该污泥中的油去除率在96%以上，COD去除率也在86%以上。

宋立杰[19]探讨了电化学预处理提高污泥好氧消化性能的机制，对预处理前后的污泥性质进行了研究，发现污泥经电化学预处理后，上清液中可溶性有机物（SCOD）、TN、TP和NH4+-N含量均升高，其中SCOD由原来的202mg/L升至2191mg/L，污泥固体的热稳定性有所降低。分析表明电化学预处理提高污泥好氧性能的机制在于可以破解微生物细胞，释放出胞内有机物质并使其溶入液相，成为易被好氧微生物利用的形态，从而提高污泥的好氧消化性能。研究表明经电化学预处理后的污泥达到稳定化标准只需16天。

毛彦俊等[20]采用单因素实验及响应面分析法（RSM）对影响污泥电化学漂白的三个因素进行了优化。实验结果表明，污泥电化学漂白过程的最优化操作条件为：NaCl浓度2.45%、电流7.45A、时间3.42h，实际样品的白度为39.84。该研究方法为活性污泥的资源化提供了一种新思路。

周碧青等[21]研究了不同电压条件下去除污泥中重金属离子的动电技术实验。污渍通过电迁移和电渗的方式离开该处理介质而被除去。因此，用动电去除技术除去污泥中的重金属具有非常实际的研究意义。实验结果表明，在1.0 V/cm的电压降条件下污泥中总Cr的去除率达43.02%；在2.0V/cm的电压降条件下，Pb与 Cd去除率分别高达 71.36%和92.89%。

杨春等[22]采用铁粉置换法、氨水分步程沉淀法，实现了电镀污泥酸浸出液中的Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除。