文献综述

0.引言

人类生活与生产所产生排放的污水必须经过处理达标后才能排放。污水处理的方法繁多，其中活性污泥法是使用最广泛的污水生化处理主流技术。但是活性污泥法处理污水时会产生剩余活性污泥。而这些剩余污泥含水率高，体积大，并且大都含有重金属、病原菌、病毒微生物等，这些物质对生态环境和人类健康具有一定的危害性，因此必须安全合理地处理处置剩余活性污泥^[1]。

由于污泥含水率很高,体积很大，所以污泥处理最重要的步骤就是分离污泥中的水分以减少污泥体积。常用的污泥脱水方法有自然干化、浓缩、机械脱水、污泥干化。其中大多数采用机械脱水的方式。活性污泥脱水性能差,其比阻远大于机械脱水适合的比阻范围,因此在机械脱水之前，污泥必须进行预处理。预处理最常用的方法是化学调理法，经化学调理后的污泥脱水性能得到改善。

1.剩余污泥化学调理研究进展^[2]

化学调理是指通过添加适量化学调理剂，在活性污泥胶体表面引起化学反应，改变活性污泥性质，增大絮体凝聚力、颗粒粒径和降低活性污泥SRF，同时絮体的团聚，降低颗粒比表面积，减少水分吸附。

1.1聚合电解质调理

主要作用是电性中和与吸附架桥^[3]，有研究指出^[4]：泥饼含水率受到电解质投加量、分子量和电荷密度的共同影响；当聚合电解质分子量大于6.6#215;10⁶和电荷密度超过15％时，CST变化不大；对于所选的四种不同分子量的聚合电解质，CST达到最小时其投量是一样的。分批式地加入聚合物能减少调理剂用量，同时保证脱水效率，降低处理成本，但它仅仅是加快污泥脱水速率，活性污泥最终脱水程度却不改变，并存在一定毒性。

1.2无机盐调理

利用二价和三价阳离子，有利于形成絮体团聚，来提高活性污泥脱水性能，如氯化铁和氧化钙，它能在表面形成一层外壳，不仅在机械脱水中将压力传给絮体内部，还能有效防止絮体高压解体。

1.3氧化剂调理：

利用它的强氧化性，使絮体脱稳团聚，同时氧化剂有效分解EPS促使细胞破裂，释放污泥中的间隙水、表面水和结合水^[5-9]，从而改善活性污泥的脱水性能。目前芬顿试剂是活性污泥脱水中最常用的氧化剂，同时类似的药剂有双氧水和臭氧，这些氧化剂均有很明显的脱水效果。

1.4酸调理

利用氢离子的加入导致EPS水解、有机物溶解、微生物细胞的破坏，改变微生物的表面特性、减小活性污泥颗粒间的排斥力。使污泥脱水性能得以改善。

1.5骨架材料调理

骨架构建体一般为石灰、粉煤灰、石膏等无机惰性材料。其加入活性污泥中，使得污泥在高压情况下，依然能维持多孔结构和高孔隙率，大幅度降低了活性污泥的压缩性，从而保证脱水过程顺利快速进行，增大最终滤饼含固率^[10]。同时，石灰碱化和升温作用也能在一定程度上破坏EPS，减少有机物．

2.Fenton与表面活性剂法调理污泥作用机制#160;#160;#160;#160;

2.1Fenton调理污泥作用机制^[11]

2.1.1调理污泥

Fenton氧化处理后，剩余污泥的脱水性能得到显著提升。污泥中自由态的水能被简单的机械法脱水去除，然而键合态的却不可以。污泥脱水的难点是键合态的水脱除。一般认为，污泥中EPS越多，就会有越多的键合态水分子，污泥脱水性能也就愈差，所以核心是怎样分解污泥中EPS，把键合态的水释放，变为自由态。Fenton反应能氧化破解污泥中的EPS，加速污泥中键合态的水释放。

2.1.2稳定污泥

Fenton反应可以去除污泥中多种有机物，杀死病原体，并且还能清除污泥中的恶臭，使污泥状态趋于稳定。在评估污泥的稳定时，VSS去除率是最为普及的一项指标，一般认为VSS降低40℅的污泥即可视为达到稳定。

2.1.3去除重金属

通过Fenton反应处理污泥，能够去除污泥中的各种重金属。其机理是：Fenton反应是在较低pH值的强酸下进行，且具有强氧化性，使得污泥中的重金属以可交换态和碳酸盐态的形式存在，较易去除；其产生的氧化性极强的羟基自由基，可以氧化稳定性较高的有机结合态以及以硫化物形式存在的重金属，从而释放到液相中。

2.2表面活性剂调理污泥作用机制^[12-15]

2.2.1减小表面张力和增大接触角

表面活性剂能改变污泥絮体结构，使胞外物质脱离细胞表面并使其溶解。它的影响主要有两方面，减小液面表面张力和增加固液面接触角，经过表面活性剂调理后的活性污泥，其过滤性能明显增强，滤饼含水率也随之减少。

2.2.2絮团和破碎污泥 #160;

表面活性剂通过自身的正电荷，中和污泥表面的负电荷，使污泥絮团凝聚变大，从而改善污泥的沉降性能。尽管表面活性剂破碎絮团使其变小，不利于污泥沉降。但其可以在破碎污泥絮体的同时释放了污泥中EPS等亲水物质，同时表面活性剂有良好的吸附架桥功能，从而改善污泥沉降性能。

2.2.3转变束缚水

表面活性剂具有分散、增溶作用。分散作用使污泥絮体对TB-EPS层、LB-EPS层的束缚作用减弱，部分TB-EPS转变为LB-EPS、S-EPS，LB-EPS转变为S-EPS。增溶作用将有高度水合性的不溶态EPS转化为可溶态EPS，从污泥絮体表面剥落进入污泥液相，EPS中原本结合的束缚水变为自由水，提高了污泥的脱水效果。

3.Fenton-表面活性剂法调理污泥研究进展

邢奕等^[16]研究了不同pH 值下芬顿试剂与表面活性剂联合调理对污泥脱水性能的影响。结果表明，联合调理过程中pH=3.91，H₂O₂、Fe² 和表面活性剂的投加量分别为47.60，38.60，58.20mg/g时，WC降至60.26%， CST减少率升至89.89%，污泥脱水性能明显改善。#160;#160;#160;

童震松等^[15]发现，表面活性剂投加量为75 mg#183;g^-1 时，污泥中束缚水含量降至1.58 g#183;g^-1，污泥滤饼含水率降至65.78%，有效降低束缚水的含量，提高了污泥脱水效果。

4.立题意义

目前有机高分子絮凝剂存在局限性，只能提高污泥脱水速率、不能改善污泥脱水程度，脱水后的污泥含水率在75%～85%，不符合污泥填埋对其含水率需控制在60%以下或焚烧时含水率需在50%以下的要求，并且还存在二次污染问题。

本课题旨在通过实验的手段，运用Fenton-表面活性剂法对污泥进行调理，以污泥比阻为指标，考察反应时间、温度、pH、HO投加量、Fe² 投加量、表面活性剂投加量这些因素对于Fenton-表面活性剂法法改善污泥脱水性能的影响程度。并在此基础上设计正交实验，从而找出最佳调理条件。同时将其与Fenton试剂单独调理污泥后的脱水性能进行对比，为Fenton-表面活性剂法运用到实际污泥脱水预处理领域提供一定的实验理论数据。

参考文献

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