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(yīng)體系的pH、反應(yīng)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(jié)果表明，在pH=3、反應(yīng)時間60min、H2O2投加量為69、Fe2+投加量為0.5g條件下，F(xiàn)enton試劑處理污泥脫水效果較好。

【關(guān)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(xiàn)標(biāo)識碼]A

近年來隨著中國工業(yè)和城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)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(shè)發(fā)展也跟上了節(jié)奏，但作為污水處理的副產(chǎn)物污泥產(chǎn)量在急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，2020年市政污泥年產(chǎn)量將達(dá)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(huán)節(jié)，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(yùn)輸和處理成本，同時可以去除其中大量的有害有毒物質(zhì)，如重金屬離子、病原微生物、細(xì)菌、寄生卵、以及合成有機(jī)物等。

污泥中的水分分為顆粒間隙水、毛細(xì)管結(jié)合水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水，其結(jié)合程度最強(qiáng)的是內(nèi)部結(jié)合水，最弱的是顆粒間隙水，毛細(xì)管結(jié)合水、表面吸附水次之。常規(guī)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(dá)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(qiáng)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(qiáng)的氧化性，能氧化處理污泥中的胞外聚合物，讓污泥結(jié)構(gòu)破壞，使得其表面的吸附水和內(nèi)部結(jié)合水釋放出來，達(dá)到脫水目的。

本研究本文在不同pH、反應(yīng)時間、H2O2投加量、H2O2與Fe2+的質(zhì)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(chǔ)。

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(fēng)干燥箱、SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)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，F(xiàn)eS04·7H2O0.4g，反應(yīng)時間為60min，以淤泥中的含水率為試驗指標(biāo)，分析淤泥pH為1-6范圍內(nèi)Fenton試劑對其脫水效果。

1.3.2不同反應(yīng)時間Fenton試劑淤泥處理。反應(yīng)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(yīng)時間在30 - 80min范圍內(nèi)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(yīng)體系在pH=3，反應(yīng)時間為60min，F(xiàn)eSO4·7H2O用量為0.4g，分析H2O2的用量在2- 12g范圍內(nèi)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(yīng)條件為pH=3，反應(yīng)時間為60min，H2O2用量為69，分析不同H2O2與Fe2+的質(zhì)量比在20/1 - 2/1范圍內(nèi)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(jìn)行抽濾脫水，將脫水后的泥餅稱重后（ Wl）放入100℃的鼓風(fēng)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(jié)果與分析

2.1 PH對污泥脫水效果的影響

當(dāng)反應(yīng)體系的pH為1和2時，污泥中的含水率分別高達(dá)67.3%和66.7%，可能是反應(yīng)體系中過量的H+不利于Fe3+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+，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(dá)到64.5%;當(dāng)pH升高大于3時，污泥中的含水率再次升高，達(dá)到66%，可見體系中的Fe2+不穩(wěn)定，較易轉(zhuǎn)化為Fe2+，反應(yīng)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?？梢?，pH=3時污泥脫水效果最佳。

2.2 反應(yīng)時間對污泥脫水效果的影響

反應(yīng)時間在30-60min時，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，H202和Fe2+兩者之間氧化反應(yīng)較劇烈，產(chǎn)生的.OH量也在不斷增加，有利于Fenton反應(yīng)的進(jìn)行，污泥脫水效果明顯提升;當(dāng)時間>60min， Fenton試劑消耗較多，反應(yīng)速率顯著降低，加上溶液呈酸性，不利于Fe3+朝向Fe2+反應(yīng)的方向進(jìn)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(nèi)，反應(yīng)產(chǎn)生的.OH在不斷增多，氧化能力也在逐步增強(qiáng)，污泥含水率從67.7%下降到64.5%; H2O2投加量在6- 8g范圍內(nèi)，污泥中的含水率幾乎沒變化，保持在64.5%;而當(dāng)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(yīng)過程中生成了過量的.OH，抑制了之前產(chǎn)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(zhì)量比對污泥脫水效果的影響

當(dāng)兩者質(zhì)量比在20/1 - 16/1時，污泥中的含水率保持在67%。隨著兩者質(zhì)量比的升高，產(chǎn)生.OH的量大大增加，特別是質(zhì)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(zhì)量比在12/1的基礎(chǔ)上逐步增加，這時Fez+投加量過多，導(dǎo)致過量的Fe2+在和H2O2反應(yīng)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(jié)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(yīng)時間為60min、H2O2投加量為69，H2O2與Fe2+的質(zhì)量比為12/1。

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

[參考文獻(xiàn)]

[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(diào)理方案下污泥脫水性能評價指標(biāo)的相關(guān)性研究[J]環(huán)境科學(xué)，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(huán)境科學(xué)，2015，36（ 10）：3794-3800.

[4]蔣展鵬.環(huán)境工程學(xué)（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(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]，水處理技術(shù)，2015，41（1）：1-4.

[6]何東芹.Fenton類高級氧化反應(yīng)在污泥脫水和污染物降解中的作用機(jī)制[D].安徽：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2017.

[作者簡介]周峻竹（2000-），女，四川內(nèi)江人，在讀本科生。