電化學(xué)方法在污泥處理中的應(yīng)用

羅宿星，劉代伙，伍遠(yuǎn)輝

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

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展及人們環(huán)保意識的增強，我國污水處理行業(yè)迅速發(fā)展。城市污泥作為污水處理的必然產(chǎn)物，其產(chǎn)生量也不斷增長，污泥中含有各種重金屬元素、污染物、微生物、細(xì)菌、無機物和有機物等，污泥處理將成為我國一個更加突出的環(huán)境問題[1,2]，對污泥進(jìn)行處理并回收利用是污泥最好的處理方法[3]。通過電化學(xué)方法處理污水廠污泥，尋求最佳的電化學(xué)方法和實驗條件，可將污泥資源加以重復(fù)利用，因此受到許多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。近年來，許多學(xué)者研究污泥穩(wěn)定性，利用污泥制作吸附劑、絮凝劑[4]，并對污泥中的重金屬進(jìn)行回收利用和無害化處理[5]，這些研究都可以凈化污泥，減少其對環(huán)境的二次污染。據(jù)報道，目前我國廢水年排放量約550億立方米，其中生活廢水約300億立方米，各種廢水中COD含量近1400萬噸，氨氮130多萬噸，有20%左右污染物不能有效去除，根據(jù)我國巨大排放量的污水污泥現(xiàn)狀，對污泥資源的回收利用有廣闊的應(yīng)用前景[6]。

1 污泥的穩(wěn)定化處理

污泥穩(wěn)定是污泥處理與處置的重要環(huán)節(jié)，將污泥穩(wěn)定可以減少各種病原體、消除討厭的氣味、抑制腐化的潛力。由于污泥的處置方法以填埋、農(nóng)用為主，于是穩(wěn)定化處理[7-9]對安全地處置污泥具有重要的意義。電解法能有效破壞難降解有機物的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而讓污染物徹底降解。將電化學(xué)方法應(yīng)用于污泥的穩(wěn)定化處理，與傳統(tǒng)的厭氧、好氧消化方法相比，具有收效好、處理時間短、設(shè)備簡易等特點。尹炳奎等[10]用電化學(xué)方法對城市剩余污泥穩(wěn)定化的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明用不銹鋼板為陰級、鈦涂釕電極為陽極，在極板間距2cm、電壓20V的條件下，其曝氣量調(diào)至3L/h，電解20分鐘后，pH=4時，污泥的VSS去除率達(dá)40%以上，且污泥的脫水性能得到提高，污泥中的病原體也達(dá)到未檢出水平。

吳春忠等[11]用實驗探討了利用三維電極氧化法處理污泥的可行性。在恒壓20V的槽電壓條件下，電解20分鐘，活性碳填充高度為1.6cm時效果較佳，VSS去除率可達(dá)56.6%，VSS/TSS降為38%。在電壓為40V條件下，將電解池的溫度調(diào)至87℃，VSS的去除率可達(dá)64%左右。

王凱軍等[12]對厭氧處理的污泥的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，在適宜的溫度（約9～21℃）和一定的工藝流程條件下可有效地去除生活污水中懸浮性和溶解性的有機物，且污水處理和污泥穩(wěn)定化的停留時間分別為5.0小時和2天，這是一種較好的生活污水處理工藝。

張華等[13]對不同性質(zhì)污泥在模擬填埋場中的穩(wěn)定化進(jìn)程進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，經(jīng)過498天的降解，生物污泥、礦物垃圾和化學(xué)污泥中有機質(zhì)的降解率分別為67.1%、61.6%和30.5%。污泥在填埋場中將快速的穩(wěn)定化，按照污泥中的有機質(zhì)降解到100mg/g進(jìn)行預(yù)測，污泥的填埋穩(wěn)定化時間約為3年，按照BDM降到4.76%時污泥達(dá)到完全穩(wěn)定化狀態(tài)預(yù)測，污泥填埋場的穩(wěn)定化時間為2.9～4.7年。

2 處理的電化學(xué)方法

周貞英等[14]對污泥處理的電化學(xué)方法進(jìn)行了探討，總結(jié)出該方法具有靈活性、減少再次污染性、易控制性、經(jīng)濟性的優(yōu)點。雖然電化學(xué)處理技術(shù)的方式多種多樣，但其基本原理大體相同，都是將污染物在電極上發(fā)生直接氧化、間接氧化或?qū)⑵渲糜诳扇茈姌O水解后形成絮凝吸附等，從而除去污染物。主要方法有電解氧化法，絮凝與吸附法等。用電絮凝處理技術(shù)對化學(xué)絮凝技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，通過電絮凝技術(shù)作用吸附污染物，進(jìn)而去除污染物。

周貞英等[15]還研究了電化學(xué)處理方法對污泥形態(tài)的影響，并用高分辨率的電子顯微鏡來觀察污泥顆粒內(nèi)部的超微結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，在高壓50V下，電解30分鐘，污泥菌膠團結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破損。而在30V條件下，電解30分鐘后，菌膠團結(jié)構(gòu)只遭到破損，處于表面層的LB-EPS被氧化并釋放出胞內(nèi)自由水，該污泥的脫水性能得到改善。在Ti/RuO2網(wǎng)狀極板為陰極，Ir/RuO2為陽極，極板間距4cm，電壓30V，攪拌速率100 r/m in條件下，處理30分鐘，結(jié)果毛細(xì)吸水時間下降了35.5%，該污泥的脫水性能也得到較好改善。

丁瑾等[16]運用電化學(xué)技術(shù)對污泥好氧性能進(jìn)行了研究，考察了用電化學(xué)技術(shù)處理污泥的效果及實驗條件，分析了污泥經(jīng)過電化學(xué)處理后對其好氧消化效果的影響。實驗結(jié)果表明，在網(wǎng)狀鈦涂釕極板為電極、pH11.00、板間距2.0 cm、工作電壓15V的條件下，電解30分鐘，污泥的MLVSS去除率達(dá)97%，將電化學(xué)處理后的污泥置于自然溫度9～16℃下作好氧化處理，經(jīng)過14天后，其MLVSS的去除率為40.2%，與同期未經(jīng)處理的污泥（MLVSS去除率為33.2%）相比，去除率明顯提高。

胡燁等[17,18]對污水中油和COD的電化學(xué)降解脫除進(jìn)行了實驗。他們利用不同的電極材料進(jìn)行處理，并對其效果進(jìn)行綜合比較，研究結(jié)果表明采用鐵電極和鋁電極的處理效果最好，用鋁電極作陽極時其COD去除率比用鐵電極要好，但用鐵作陽極材料的除油效果比用鋁作陽極材料要好。在污水中油的濃度為637.0mg/L、pH3～4、電流密度75mA/cm的條件下，將污水通過電解處理60分鐘后，該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]探討了電化學(xué)預(yù)處理提高污泥好氧消化性能的機制，對預(yù)處理前后的污泥性質(zhì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)污泥經(jīng)電化學(xué)預(yù)處理后，上清液中可溶性有機物（SCOD）、TN、TP和NH4+-N含量均升高，其中SCOD由原來的202mg/L升至2191mg/L，污泥固體的熱穩(wěn)定性有所降低。分析表明電化學(xué)預(yù)處理提高污泥好氧性能的機制在于可以破解微生物細(xì)胞，釋放出胞內(nèi)有機物質(zhì)并使其溶入液相，成為易被好氧微生物利用的形態(tài)，從而提高污泥的好氧消化性能。研究表明經(jīng)電化學(xué)預(yù)處理后的污泥達(dá)到穩(wěn)定化標(biāo)準(zhǔn)只需16天。

毛彥俊等[20]采用單因素實驗及響應(yīng)面分析法（RSM）對影響污泥電化學(xué)漂白的三個因素進(jìn)行了優(yōu)化。實驗結(jié)果表明，污泥電化學(xué)漂白過程的最優(yōu)化操作條件為：NaCl濃度2.45%、電流7.45A、時間3.42h，實際樣品的白度為39.84。該研究方法為活性污泥的資源化提供了一種新思路。

周碧青等[21]研究了不同電壓條件下去除污泥中重金屬離子的動電技術(shù)實驗。污漬通過電遷移和電滲的方式離開該處理介質(zhì)而被除去。因此，用動電去除技術(shù)除去污泥中的重金屬具有非常實際的研究意義。實驗結(jié)果表明，在1.0 V/cm的電壓降條件下污泥中總Cr的去除率達(dá)43.02%；在2.0V/cm的電壓降條件下，Pb與 Cd去除率分別高達(dá) 71.36%和92.89%。

楊春等[22]采用鐵粉置換法、氨水分步程沉淀法，實現(xiàn)了電鍍污泥酸浸出液中的Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除。

3 結(jié)語

根據(jù)污泥處理的現(xiàn)狀，從長遠(yuǎn)來看，將大量的污泥進(jìn)行直接填埋處理是不科學(xué)的，易造成二次地下水體污染，因此，污泥資源化利用具有更重要的意義。完善電化學(xué)污泥處理方法，可使污泥在日常生活領(lǐng)域為人類做出更大的貢獻(xiàn)。

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