Fenton试剂及其在污泥处理方面的研究进展文献综述

文献综述

Fenton试剂及其在污泥处理方面的研究进展

一、前言部分（说明写作目的，介绍有关概念、综述范围，扼要说明有关主题或争论

焦点）

城市生活污水处理厂剩余污泥体积庞大、成分复杂制约着污泥减量化和资源化，脱水是污泥减量的关键，其困难在于大量胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的存在。EPS是细菌细胞壁周围用以保护细胞并阻止(其脱水的水合胶囊或粘液的聚合体，决定污泥的理化性质和生物特性，其质量(包括其结合水)约占污泥固体质量的80%，主要成分是具有亲水性和粘性的多聚糖、蛋白质、核酸、脂质和DNA等高分子物质。Fenton试剂在生活污水和特种废水处理中已得到深入研究，国内外有关EPS性质、提取和应用的研究也相当深入。而将Fenton试剂用于污泥处理领域的研究尚少。

1.1Fenton试剂及其降解有机物的机理

过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化体系通常称为Fenton试剂。在催化剂作用下，过氧化氢能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化。Fenton试剂一般在pH3.5下进行，在该pH值时基自由基生成速率最大。

Fenton试剂之所以具有非常高的氧化能力，是因为在Fe2+离子的催化作用下H202的分解活化能较低(34．9kJ／too1)，能够分解产生羟基自基OH·[1]。同其它氧化剂相比，羟基自由基具有更高的氧化电极电位，因而具有很强的氧化性能。

1.2Fenton试剂的影响因素

根据上述Fenton试剂反应的机理可知，羟基自由基OH·是氧化有机物的有效因子，而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]决定了羟基自由基OH·的产量，因而决定了与有机物反应的程度。影响该系统的因素包括溶液pH值、反应温度、H2O2投加量及投加方式[2]、催化剂种类、催化剂与H2O2投加量之比等。

1.3本课题中的相关术语

VSS：是指污泥中挥发性固体含量，它反映污泥的稳定性，通常用于表示污泥中得有机物的量，常用mg/L表示，有时也用重量百分数表示，此处用重量百分数表示。

、COD，即化学需氧量，指在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化为CO

2

O所消耗的氧量。

H

2

多聚糖浓度:指的是污泥液相中深解性多聚糖的浓度，采用苯酚硫酸法测定。

二、主题部分（阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问

题的评述）

1894年，化学家Fenton首次发现有机物在(H2O2)与Fe2+组成的混合溶液中能被迅速氧化，并把这种体系称为标准Fenton试剂，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分明显。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂，特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。由于具有反应迅速、温度和压力等反应条件缓和且无二次污染等优点，近30年来，其在工业废水处理中的应用越来越受到国内外的广泛重视。

20世纪90年代提出了污泥减量化的新概念，它是指在剩余污泥资源化利用的基础上，借助物理、化学、生物等手段使整个污水处理系统向外排放的生物固体量达到最少，其中主要是依靠降低生物产率或促进细胞溶解使其溶解产物用于微生物生长这两种措施，即污泥前置减量化或污泥的首端(源)削减。污泥前置减量技术中的高级氧化技术主要是通过溶胞作用，加速微生物的隐性生长来实现污泥减量。主要包括臭氧氧化、氯气氧化、光一Feton试剂氧化、超临界水氧化和湿式氧化法等。这些方法由于效果显著而得到越来越多的关注。

2.1城市污泥的产生

随着城市化进程的加快和人们生活水平的不断提高，公众对环境问题越来越关注，对环境质量的要求也日渐提高。为防止水域污染、该改善生态环境，我国大部分城市建设了集中式城市生活污水处理厂。现行的污水处理技术主要通过微生物代谢作用联合必要的物理化学方法，将污水中的污染物大量转移到剩余污泥中，其实质是污染物的相转移，水污染问题被转换成固体废物的处理处置问题。由于技术、环境、经济、社会和法律等多方面的原因，剩余污泥的处理处置已经成为目前世界范围内污水处理面临的一个瓶颈难题。

截至2004年底，我国共建成城市污水处理厂708座，城市污水处理能力达7.387×107m3/d。按污泥产量占处理水量的0.3-0.5%（以含水率97%计）计算，我国城市污水厂污泥的产量为（76.02-126.70）×103m3/d。剩余污泥含水量高达98%，导致剩余污泥具有庞大的体积；剩余污泥有机质含量高达70%，而且含有大量的寄生虫卵、病原微生物及重金属等，易腐烂，具有强烈的臭味；另外，从剩余污泥中不断检测出各种持久性有机物、内分泌干扰物等，增加了污泥的毒性和处理难度。2005年我国的污水污泥产量高达350万吨（干污泥），且在高速增长。如此大量的剩余污泥如果不妥善处理处置，将形成二次污染。城市污泥处理中，国内外工业界普遍采用传统的浓缩－稳定（消化）－脱水－处置（填埋或农用或焚烧）。处理费用非常昂贵，污水处理厂剩余污泥的处理处置费用通常约占整个污水处理厂费用的25-65%。我国污泥处理起步较晚，投资不足、技术落后，因此造成约80%污水处理厂的污泥得不到妥善处理被排入环境，造成二次污染，花费巨资建设并运行的污水处理厂对环境的改善作用被极大削弱。因此，如何将产量大、成分复杂的污泥科学的减量化、无害化和资源化，已成为我国乃至全世界环境界广泛关注的课题之一。

2.2城市污泥的处理

城市污泥的处理目前存在的问题集中在脱水成本高，垃圾填埋场不愿意处理。大量富含有机物的污泥暴露在空气中，非常容易发臭，且不能被当做肥料来使用。这些污泥又会招来蚊虫苍蝇，农药灭虫又在无形中增加

了二度污染的可能。而随着污水处理厂建立的越来越多，污泥的产量也在增加，但中国重水轻泥又缺乏足够的资金，让城市污泥处理陷入一种两难境地。城市污泥的含水量大，污泥含水率达到80%以后就很难再依靠机械脱水机进一步脱水，常见的方法是采用加热蒸发的方法将水除掉，但成本高。

污泥处理成本高，中国资金投入比例不到外国1/4。污泥处理方面的专家认为，生物处理应主导城市污泥处理，这也是当下的国际主流。从城市污泥中提取氨基酸微肥，污泥中的重金属能提供植物所需要的微量元素，细菌蛋白质正好是植物所需要的氨基酸，残余污泥制作成了污水处理需要的生物陶粒，一举多得，能实现污泥的减量化、无害化和资源化。

国内外将Fenton反应用于水环境领域的研究已取得显著成效，为提高其反应效率和经济实用性，人们把Fenton反应生物法、超声波法、混凝法等方法联用来处理高浓度、难生物降解的有机、有毒废水，既提高处理效率又降低处理成本。

2.3胞外聚合物的性质及其对污泥性质的影响

1.3.1胞外聚合物的组成和性质

胞外聚合物是在一定条件下由微生物主要是细菌分泌于体外的高分子聚合物[2]，在细胞外形成保护层，保护细菌免受外部环境的影响，同时为饥饿环境中的细胞提供碳源和能量。EPS组成比较复杂，主要为多糖和蛋白质，约占EPS 总量的70~80%；腐殖质、核酸、糖醛酸、脂类和氨基酸等也是EPS中常见的物质。

EPS是带负电荷、高含水的凝胶状基质[3]，能较长时间固存微生物，利于形成稳定的互生微生物菌落。EPS相对分子质量处于几千到几百万范围内，分子结构还带有各种各样的官能团。EPS还可以吸附金属、非金属、大分子物质，能与许多金属离子螯合形成多种介态的复合物。EPS能改变污泥表面电荷、絮凝沉淀和脱水性能等性质，进而影响到污泥的工艺和费用。