利用光电Fenton技术处理污泥深度脱水液

北极星环保网讯:在污泥处理过程中，为了满足后续处理及资源化利用的需要，污泥首先要通过深度脱水进行减量化处理.  为了提高污泥的脱水性能，人们尝试使用不同的污泥调理剂对污泥进行深度脱水前预处理，例如粉煤灰、 生石灰、 混凝剂、 Fenton、 表面活性剂等.  然而在此过程中产生的污泥深度脱水液含有大量的难降解有机物，使得该类废水难以采用常规的生物法处理. 而目前关于该类废水处理的研究报道很少.

Fenton技术是目前在有机物降解方面的一个热点，通过在传统Fenton过程中引入光和电的协同作用，大大提高了该技术对污染物的去除效果.  因而光电Fenton技术以其独特的优势被广泛应用于处理难降解有机污染物的研究.  但目前关于该技术的研究是非常有限的，主要集中在一些特定污染物的降解,例如染料[16, 17, 18]及其他有机化合物[19, 20, 21, 22, 23,  24]. 被用于实际废水处理的研究很少，例如Altin[25]利用光电Fenton技术处理垃圾渗沥液.

本研究主要分析了光电Fenton技术对污泥深度脱水液的处理效果，以期找到一种有效处理该类废水的方法.  以COD去除率为考察指标，研究了不同因素对光电Fenton技术处理污泥深度脱水液效果的影响，同时考察了光电Fenton技术对污泥深度脱水液中TOC、 TN、  NH+4-N、 TP等其他污染物的去除效果.

1 材料与方法

试验用污泥深度脱水液取自武汉某污水处理厂. 该厂污水处理过程采用A2O工艺，主要处理对象为城市生活污水，污泥含水率为99%.  该脱水液COD为(821±35) mg ˙L-1，pH 13.6，电导率(13.45±0.5)mS ˙cm-1. 该脱水液在使用前进行过滤处理. 试验中，H2  O2(分析纯)，FeSO4(分析纯)，浓H2SO4(分析纯)以及NaOH(分析纯)均为国药集团化学试剂有限公司(中国上海). 试验用水为自制蒸馏水.

光电Fenton降解污泥脱水液试验装置见图 1. 试验在烧杯中进行(直径100 mm，高120 mm). 石墨电极(37 mm×30 mm×3  mm)和一个自制钯网电极(15 mm×40 mm)分别作为阴极和阳极. 外加电压由一个可调直流稳压电源提供. 由气体转子流量计控制曝气量. 15  W的紫外灯作为紫外光源，其最大波长254 nm. 用水浴保持试验过程中恒定的反应温度. 利用磁力搅拌器保持溶液充分混合. 首先在溶液中加入一定量的FeSO4，  充分搅拌后，加入一定量30%的H2 O2. Fe2+和H2 O2的浓度比用n(Fe2+) ∶ n(H2 O2)表示.  试验中以不同的时间间隔取样，然后迅速滴加少量高浓度的NaOH溶液将水样的pH调至13.0左右，同时将水样放在50℃水浴中1 h，加速H2  O2的分解，停止氧化反应的进行，同时消除H2 O2对COD测定的影响. 后将水样离心后取上清液测定COD. 水样COD采用国标法进行测定[26]. TOC、  TN等其他指标采用快测法.

图 1 光电Fenton降解污泥脱水液试验装置示意

2 结果与讨论

2.1 不同处理过程比较

首先比较了不同处理过程，例如传统Fenton技术，UV/Fenton技术、 电Fenton技术以及光电Fenton技术等对污泥脱水液的处理效果.  根据Fenton技术降解有机污染物原理，由H2 O2产生的 ˙OH在有机物降解中起主要作用[式(1)]. 对于传统的Fenton过程，只获得较低的COD去除率.  分析原因是由于在Fenton反应过程中产生Fe3+和OH-，形成Fe(OH)3和Fe(OH)2沉淀，仅少量的Fe2+参与Fenton反应，  ˙OH产生量少，因此在降解20 min后仅得到一个较低的COD去除率. 增加UV照射后，COD去除率明显增加.  可以解释为在UV/Fenton过程中，UV可以加快H2 O2的分解速率[式(2)]，同时能促进Fe2+的不断生成[式(3)、 (4)]，因而有更多的  ˙OH产生. 因此相对于传统的Fenton过程，UV/Fenton对污泥脱水液COD去除率明显增高.  同时，电Fenton技术对污泥脱水液的COD去除率也明显高于传统的Fenton过程. 在电Fenton技术处理污泥脱水液过程中，在阴极可以原位产生H2  O2[式(5)]，同时Fe3+可以在阴极得电子被还原成Fe2+，这将加速  ˙OH的产生，因而在电Fenton过程中，COD去除率也明显高于传统的Fenton过程. 对于光电Fenton过程，UV和外加电压能同时加速  ˙OH的产生，因此相对于传统的Fenton过程、 UV/Fenton过程以及电Fenton过程，光电Fenton过程可以获得最高的COD去除率(图  2).