电化学联合类芬顿试剂对剩余污泥的调理研究*

罗宿星，伍远辉，范莎莎，杜启露

(遵义师范学院化学化工学院，贵州　遵义　563002)



电化学联合类芬顿试剂对剩余污泥的调理研究*

罗宿星，伍远辉，范莎莎，杜启露

(遵义师范学院化学化工学院，贵州遵义563002)

以污泥离心脱水率、毛细吸水时间(CST)、COD的去除等为指标，研究了电化学联合类芬顿试剂对污泥的调理作用。讨论了H2O2浓度、Fe3+浓度、电化学处理时间的影响。研究结果表明，类芬顿试剂中H2O2的投加量为80 mg/g，Fe3+的投加量为10 mg/g，电化学处理120 min，此时污泥的毛细吸水时间为27.6 s，污泥COD降至3415.7 mg/L，污泥离心后含水率为69.1%。

剩余污泥；电化学；类芬顿

在污泥处理及处置流程中，污泥脱水减量化已成为一个非常重要的环节。含水率高、体积庞大，水分难以脱除，含有毒有害物质是城市污水厂污泥最为显著的特征[1]。而污泥的调理在污泥脱水过程中起着关键作用[2]，污泥调理可改变污泥颗粒表面的物理化学性质和组分，破坏污泥颗粒部分胶体结构，降低与水的亲和力，去除有毒有害物质，改善污泥性能。

电化学处理是利用电化学的方法将难降解有机物或生物毒性污染物降解，利用在电化学过程形成的强氧化性·OH基团破坏污泥的絮体结构[3-4]，氧化污泥胞外聚合物，降低处理工艺过程的剩余污泥量，实现污泥减量化，后续处理简单，占地面积小管理方便，符合污泥处理稳定化无害化减量化和资源化的总体要求。

类芬顿试剂具有高氧化性、反应速度快、不需要调节污泥pH值、二次污染小的优点，本文采用电化学联合类芬顿试剂处理改善污泥脱水性能，无二次污染，节省了能耗，大大增加了污泥的脱水率。

1　材料与方法

1.1污泥来源及基本性质

本试验的污泥来自贵州遵义市某污水处理厂样品取回后静置，待其稳定后去掉上清液，测定污泥基本理化性质，结果见表1。

表1　污泥样品的理化性质

1.2实验装置

电化学处理装置为有机玻璃制作的圆柱形反应器，内径为15 cm，体积为3.0 L，电源为SW-17直流恒压电源，搅拌设备为ZNCL-B智能数显磁力搅拌器；电子分析天平，梅勒特仪器(上海)有限公司；304 M毛细吸水时间测定仪，Triton Electronics。

本文实验选用Ir/RuO2作阳极，Ti/RuO2作阴极，阴阳极之间的距离为4 cm，电压为30 V，实验时加入0.2 mol/L的NaCl作为支持电解质。

1.3测定指标

以离心后污泥含水率、毛细吸水时间(CST)、COD的去除率等为指标。

2　结果与讨论

2.1H2O2浓度的影响

图1　H2O2的投加量对污泥毛细吸水时间和COD的影响

H2O2是产生·OH的来源，是类Fenton氧化反应最关键的参数之一,直接影响污泥的氧化程度[5]，固定Fe3+的投加量为5 mg/g，NaCl的浓度为0.2 mol/L，H2O2的投加量分别为0、20、50、80、110、140 mg/g，电化学处理时间为90 min，对污泥的毛细吸水时间(CST)的影响和COD的去除见图1。由图可知，随着H2O2的投加量的增加，类芬顿体系对污泥的氧化能力也相应增强，污泥的毛细吸水时间和COD值大幅减小，当H2O2的投加量大于80 mg/g时，过量的H2O2易产生HOO·，且导致H2O2无法有效的分解[6]，故本实验选H2O2的最佳投加量为80 mg/g。

2.2Fe3+量的影响

图2　Fe3+的投加量对污泥毛细吸水时间和COD的影响

Fe3+是类Fenton反应体系中非常重要的因素之一，是催化氧化产生·OH的必要条件[7]。固定H2O2的投加量为80 mg/g，NaCl的浓度为0.2 mol/L，电化学处理时间为90 min，Fe3+的投加量分别为0、5、10、15、20 mg/g，Fe3+对污泥的毛细吸水时间(CST)的影响和COD的去除见图2。由图2可知，随着Fe3+投加量的增加，污泥的毛细吸水时间和COD迅速减少，Fe3+是催化产生·OH的必要条件，当Fe3+投加量过低时，催化产生的·OH少，反应效率低，当 Fe3+的投加量达到10 mg/g，污泥毛细吸水时间和COD值降到最低，氧化效果达到最佳。

2.3电化学处理时间的影响

图3　不同处理时间对污泥COD的影响

图4　不同处理时间对污泥离心含水率的影响

图3和图4分别是不同处理时间对污泥COD和离心含水率的影响。由图可知，单独电化学处理和单独类芬顿试剂处理污泥，污泥的含水率和COD均有所降低，但远远高于电化学联合类芬顿处理的污泥，这是因为电化学预处理过程中形成的强氧化性·OH基团破坏污泥的絮体结构，提高类芬顿试剂的利用率。

3　结　论

类芬顿试剂在污泥的原始pH下(接近中性)仍具有较强的氧化作用，可以减少传统芬顿氧化因 pH 调节而耗费大量的药剂，不会对环境造成二次污染，类芬顿试剂联合电化学方法处理污泥，作为一种新的技术方法，可改善污泥絮体结构，降低COD的值，对污泥调理效果优于单一方法调理。

[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]吴玲.改善城市污水处理厂污泥脱水性能的试验研究[D].长沙:湖南大学,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]陈传好,谢波,任源.Fenton试剂处理废水中各影响闪子的作机制[J].环境科学, 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，FAN 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

贵州省科技厅基金项目(黔科合J字LKZS[2014]01号和黔科合J字LKZS[2012]30号)；贵州省教育厅市州地普通本科高校教育质量提升科研项目(2011-11)；遵义市“15851人才精英工程”资助项目(2013-24)；全国大学生创新创业训练计划项目(201510664020)；全国大学生“小平科技创新团队”资助项目(2014-85)；遵义市创新人才团队培养项目(遵义市科合(2015)39号)。

罗宿星，教授，主要从事环境化学的研究。

X703

A

1001-9677(2016)01-0066-03