不同条件下Fenton试剂处理污泥脱水效果研究

周峻竹 王丽 张瑶 张敏 宋正万 李永阳

【摘要】为了研制一种高效的污泥脱水剂，在控制反应体系的pH、反应时间和H2O2投加量、Fe2+投加量条件，检测Fenton试剂污泥脱水效果。结果表明，在pH=3、反应时间60min、H2O2投加量为69、Fe2+投加量为0.5g条件下，Fenton试剂处理污泥脱水效果较好。

【关键词】污泥;脱水剂;不同条件;Fenton试剂;脱水效果

【中图分类号]X703

【文献标识码]A

近年来随着中国工业和城镇化的迅速发展，城市排放的污水量也在大幅增长。虽然污水处理厂的建设发展也跟上了节奏，但作为污水处理的副产物污泥产量在急剧增加。据统计，2020年市政污泥年产量将达到6000 - 9000万t，约占总垃圾量的0.3%。污泥脱水是污泥处理过程中非常重要的环节，通过污泥脱水处理，可以大大减少污泥体积，从而降低污泥运输和处理成本，同时可以去除其中大量的有害有毒物质，如重金属离子、病原微生物、细菌、寄生卵、以及合成有机物等。

污泥中的水分分为颗粒间隙水、毛细管结合水、表面吸附水和内部结合水，其结合程度最强的是内部结合水，最弱的是颗粒间隙水，毛细管结合水、表面吸附水次之。常规的脱水操作只能处理颗粒间隙水，处理后污泥的含水率仍高达80%左右，效果不理想。污泥中的固体主要是以表面积大、吸附水能力极强的胞外聚合物形式存在。Fenton试剂由H202与Fe2+组成的，它具有非常强的氧化性，能氧化处理污泥中的胞外聚合物，让污泥结构破坏，使得其表面的吸附水和内部结合水释放出来，达到脱水目的。

本研究本文在不同pH、反应时间、H2O2投加量、H2O2与Fe2+的质量比等条件，测定Fenton试剂污泥脱水效果，以期为研制更好地解决污泥脱水问题奠定良好基础。

1 材料和方法

1.1试验仪器

JTlOOIN电子天平、HJ-6B恒温磁力搅拌器、101-2型电热鼓风干燥箱、SHZ-D（Ⅲ）循环水多用真空泵

1.2 试验药品

过氧化氢，七水硫酸亚铁、氢氧化钠、浓硫酸

1.3 实验方法

1.3.1不同PH条件下Fenton试剂淤泥处理。在IL淤泥中加入H2O24g，FeS04·7H2O0.4g，反应时间为60min，以淤泥中的含水率为试验指标，分析淤泥pH为1-6范围内Fenton试剂对其脱水效果。

1.3.2不同反应时间Fenton试剂淤泥处理。反应体系在pH=3，H2O2和FeSO4.7H20的量分别为49和0.4g的条件下，分析反应时间在30 - 80min范围内Fenton试剂对淤泥脱水处理效果。

1.3.3 H2O2的不同投加量Fenton试剂淤泥处理。反应体系在pH=3，反应时间为60min，FeSO4·7H2O用量为0.4g，分析H2O2的用量在2- 12g范围内对污泥脱水的效果。

1.3.4 Fe2+的不同投加量Fenton试剂淤泥处理。在反应条件为pH=3，反应时间为60min，H2O2用量为69，分析不同H2O2与Fe2+的质量比在20/1 - 2/1范围内对脱水后污泥含水率的影响。

1.3.5污泥含水率的测定。将处理后的污泥在0.04MPa真空下进行抽滤脱水，将脱水后的泥饼称重后（ Wl）放入100℃的鼓风干燥箱中至恒重，再称重（ W2），计算含水率。

含水率=（W2-W1）/W1×100%

2 结果与分析

2.1 PH对污泥脱水效果的影响

当反应体系的pH为1和2时，污泥中的含水率分别高达67.3%和66.7%，可能是反应体系中过量的H+不利于Fe3+转变为Fe2+，从而降低了Fenton试剂的氧化能力，使污泥脱水效果较差;只有pH=3时污泥中的含水率最低达到64.5%;当pH升高大于3时，污泥中的含水率再次升高，达到66%，可见体系中的Fe2+不稳定，较易转化为Fe2+，反应生成大量的Fe（OH）3沉淀，从而消耗了Fe2+，的量较大，使Fenton试剂的脱水效果受到影响。可见，pH=3时污泥脱水效果最佳。

2.2 反应时间对污泥脱水效果的影响

反应时间在30-60min時，随着反应的进行，H202和Fe2+两者之间氧化反应较剧烈，产生的.OH量也在不断增加，有利于Fenton反应的进行，污泥脱水效果明显提升;当时间>60min， Fenton试剂消耗较多，反应速率显著降低，加上溶液呈酸性，不利于Fe3+朝向Fe2+反应的方向进行，从而影响污泥脱水效果。

2.3 H2O2投加量对污泥脱水效果的影响

随着H2O2投加量在2- 6g范围内，反应产生的.OH在不断增多，氧化能力也在逐步增强，污泥含水率从67.7%下降到64.5%; H2O2投加量在6- 8g范围内，污泥中的含水率几乎没变化，保持在64.5%;而当H2O2投加量大于89时，含水率开始升高，由64.5%上升到65.5%，可能是由于反应过程中生成了过量的.OH，抑制了之前产生的.OH，从而大大降低了Fenton试剂的氧化性，影响污泥脱水效果，反而使污泥含水率升高。2.4 H2O2与Fe2+的质量比对污泥脱水效果的影响

当两者质量比在20/1 - 16/1时，污泥中的含水率保持在67%。随着两者质量比的升高，产生.OH的量大大增加，特别是质量比由16/1增加到12/1时候，试剂的氧化能力大幅提高，使得污泥中的含水率由67%骤降到64.5%;两者质量比在12/1的基础上逐步增加，这时Fez+投加量过多，导致过量的Fe2+在和H2O2反应的同时，自身也被氧化成Fe3+，从而大量消耗体系中具有氧化能力的H2O2，随着H2O2的减少，对Fenton试剂的氧化效果造成很大影响，以致污泥脱水效果变差，含水率升高。

3 结论

Fenton试剂处理lOOmL含水率为95%的污泥，其最佳条件为：体系pH=3、反应时间为60min、H2O2投加量为69，H2O2与Fe2+的质量比为12/1。

通过Fenton试剂较强的氧化能力，能够充分氧化污泥中的胞外聚合物，破坏其结构，释放和脱除表面吸附水和内部结合水，使其含水率从95%降低至64.5%，达到快速高效脱水的目的。

[参考文献]

[1]高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程（第四版下册）[M]，北京： 高等教育出版社，2016： 36-40.

[2]刘欢，杨家宽，时亚飞，等，不同调理方案下污泥脱水性能评价指标的相关性研究[J]环境科学，2011，32（ 11）：3394-3399.

[3]刘吉宝，李亚明，吕缢，等.污水处理厂不同工艺的污泥脱水效能分析及其影响因素研究[J]环境科学，2015，36（ 10）：3794-3800.

[4]蒋展鹏.环境工程学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2013， 67-70.

[5]李立欣，赵乾身，马放，等.废水处理中污泥减量技术现状及发展趋势[J]，水处理技术，2015，41（1）：1-4.

[6]何东芹.Fenton类高级氧化反应在污泥脱水和污染物降解中的作用机制[D].安徽：中国科学技术大学，2017.

[作者简介]周峻竹（2000-），女，四川内江人，在读本科生。