利用光电Fenton技术处理污泥深度脱水液

图 2 不同处理方法对COD的去除效果

2.2 不同因素对处理效果的影响

2.2.1 pH值影响

图 3(a)显示了在利用光电Fenton技术处理污泥脱水液时，污泥脱水液初始pH值从2.0增大到5.0时COD去除率的变化.  污泥脱水液初始pH值由高浓度的H2SO4调节. 从中可以看出，在反应时间为20 min时，pH为3.0时可以达到一个较高的COD去除率.  在pH为2.0时，只获得一个较低的COD去除率.  这可以被解释当pH较低时，高浓度的H+阻碍了溶液中Fe(OH)2+的生成，抑制了反应(4)的进行，因而在反应过程中Fe2+的产生受到了抑制.  同时在较低pH条件下，由于H2 O2与H+反应生成H3O+2[式(6)][27]. 这也将影响 ˙OH的生成.  当增大初始pH后，更多的Fe3+和Fe2+生成沉淀，导致 ˙OH的产生量及产生速率降低. COD去除率也相应降低.  同时试验中发现，试验停止后，溶液的pH值稍微降低.  分析原因是由于在光电Fenton处理污泥脱水液过程中，阳极反应以及Fe3+和Fe2+都会消耗OH-，另外，溶解氧在阴极得电子，H+得电子反应[式(7)]被抑制.  导致溶液pH值稍微降低. 根据图 3(a)，初始pH 3.0被选择为最佳pH值.

图 3 pH值、 曝气量、 H2 O2浓度、 Fe2+浓度、 外加电压对COD去除率的影响

2.2.2 曝气速率的影响

图 3(b)显示了曝气速率对COD去除率的影响. 对于光电Fenton过程，溶解氧可以从阴极得电子生成H2  O2[式(5)]，因此溶解氧浓度会影响反应过程中H2 O2的产量. 在光电Fenton过程中，溶解氧主要通过两种方式提供，曝气以及阳极反应[式(8)].  随着溶解氧浓度的升高，H2 O2的产量也会增加. 尽管增加曝气量可以增加溶解氧浓度，但曝气同时也会加速H2 O2的分解生成水，而这对于利用H2 O2产生  ˙OH降解有机物是不利的. 另外当溶解氧浓度较高时，Fe2+易被氧化成Fe3+[式(9)]，这也会影响 ˙OH的产生，进而影响废水处理效果. 由图  3(b)可以看出，曝气对光电Fenton处理污泥脱水液COD去除率影响较小，因此在后续试验中停止曝气.

2.2.3 H2 O2投加量的影响

图 3(c)显示了H2 O2投加量对光电Fenton处理污泥脱水液COD去除率的影响. 在该部分试验中，保持n(Fe2+) ∶ n(H2 O2)为1  ∶10. 随着H2 O2投加量的增加，COD去除率也随之增大. 主要是由于H2 O2投加量的增加，有更多的 ˙OH产生. 但是过多的羟基自由基将和H2  O2反应[式(10)][28]，同时 ˙OH也会氧化Fe2+，并且Fe3+也会消耗H2 O2[式(11)]. 这些副反应都会降低H2 O2的利用率.  所以当继续增加H2 O2的投加量时，COD去除率有所降低. 根据图 3(c)，H2 O2的最佳投加量为65.3 mmol ˙L-1.

2.2.4 Fe2+浓度的影响

图 3(d)显示了Fe2+浓度对光电Fenton技术处理污泥脱水液过程中COD去除率的影响. 当溶液中没有Fe2+存在时，仅获得一个较低的COD去除率.  说明单独在UV作用下，H2 O2分解产生 ˙OH的速率较低. 当投加FeSO4后，COD去除率有明显的提高. H2 O2在Fe2+作用下，快速产生  ˙OH，污泥脱水液中的有机物被快速地氧化分解，因而COD去除率提高. 尽管提高Fe2+浓度可以提高COD去除效果，但Fe2+同时也被 ˙OH氧化.  另外，大量产生的 ˙OH将和H2 O2反应消耗H2 O2[式(10)]. 同时，由于Fe2+浓度的增加，溶液的透明度降低，UV的促进作用受到影响，反应(1)、  (3)、 (4)受到抑制. 再者，随着Fe2+浓度的增加也会形成二次污染问题. 根据图 3(d)，Fe2+的最佳浓度为6.53 mmol ˙L-1.

2.2.5 外加电压的影响

在光电Fenton技术处理污泥脱水液过程中，除过H2 O2分解产生  ˙OH氧化废水中的有机物，同时电解作用以及电Fenton作用也有助于提高COD的去除率. 从图 3(e)可以看出，当外加电压由5.0 V增加到7.5  V时，COD去除率逐渐提高. 这主要是由于电解作用以及电Fenton作用的加强，同时有更多的Fe3+被还原成Fe2+，因而产生更多的  ˙OH，COD去除率逐渐提高. 然而，当外加电压继续提高时，副反应(12)、 (13)的影响也逐渐明显，H2 O2逐渐被消耗，影响 ˙OH的产生.  另外，随着外加电压的升高，在阴极表面出现大量的黄色物质.  可能的原因是在阴极附近，大量的H+被消耗，导致阴极附近区域溶液pH值升高，大量的Fe3+以及Fe2+形成沉淀，这也将会影响Fenton反应的进行，影响反应中  ˙OH的产生. 因而当外加电压由7.5 V上升到10.0 V时COD去除率反而降低. 但是当继续增加外加电压从10.0 V到20.0  V时，COD去除率缓慢提高，分析是因为此过程中电解作用的不断加强. 如图 3(e)，外加电压为7.5 V时和外加电压为20.0  V时COD去除率变化不大，因此7.5 V被选定为最佳外加电压.