1、毕业论文 开题报告 环境工程 Fenton 氧化消解处理污水处理厂污泥试验研究 一、选题的背景、意义 为防止水域污染、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。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。污水处理厂每年产生的大量污泥迫切需要高效、经济的处理处置技术进行安全有 效地处置。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
2、为目前世界范围内污水处理面临的一个瓶颈难题。污泥脱水是污泥减量的关键，污泥的稳定和调理是污泥处置的一个重要环节。 Fenton 氧化破解污泥中的 EPS，能有效促进 EPS 释放水分，同时降解有机物，杀灭病原菌，不同程度地去除重金属，对污泥进行全面调理。 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，花费巨资建设运行的污水处理厂对环境的改善作用被极大地削弱。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。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 Fenton体系的
3、发展 在有机化学中，以人名命名的化学反应和试剂很多，而在无机化学中，以人名命名的反应和试剂很少见， Fenton试剂就是这为数不多的其中之一。 1894年，法国科学家 H.J.HFenton发现过氧化氢与二价铁离子相结合的体系具有强氧化性，能氧化多种有机物。为纪念这一发现，人们将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，由 Fenton试剂介导的反应称为 Fenton反应。由于 Fenton试剂可将一般有机物完全氧化为无机态，其氧化性极强，所以在发现之后的近 100年时间里Fenton试剂在化学领域并没有得到广泛应用，直到 20世纪 70年代，水环境污染成为全球性难题， Fenton试剂由于
4、其在降解持久性有机物方面的特殊优势而得到广泛应用。 2.2 Fenton调理稳定剩余污泥的作用机制 剩余污泥经过 Fenton氧化处理后，其脱水性能显著提高。污泥中的水主要以自由态和键合态两种方式存在。自由态的水可以由简单的机械脱水去除，而键合态的水则不能，污泥脱水的困难在于如何脱除 污泥中键合态的水。通常认为，污泥中 EPS含量越多，键合态的水分子也越多，污泥的脱水性越差。因此污泥脱水的关键在于如何破解污泥中 EPS，将键合态的水释放。 Fenton试剂可以氧化破解污泥中的 EPS，促使污泥中键合态的水被释放，从而提高污泥的脱水性能。部分EPS被提取出来后污泥絮体被破碎成小颗粒，而污泥颗粒本
5、身带有负电 5，互相排斥，最终形成一个稳定的分散系统，导致污泥的脱水性能变差。目前， Fenton氧化提高污泥脱水性能的机理还不清楚。 2.3 Fenton氧化处理剩余污泥的主要影响因素 PH是 Fenton反应的重要控制参数，同时自身对污泥的性质也产生直接影响。研究表明， PH为 3时 Fenton氧化可以到达最佳反应效果 3。 H202 投加量是 Fenton氧化体系最为关键的因素。随着 H202 投加量的增加，污泥的脱水性能以及脱水后泥饼的含固率大幅度提高；同时随 H202 投加量的增加，污泥中更多的有机物被氧化，更多的重金属离子被释放到液相，提高了污泥的稳定性和安全性。 Fe2+ 虽然
6、在反应中作为催化剂用量较少且成本不高，但是 Fe2+在 Fenton反应体系的作用却是非常重要的。 Fe2+ 的投加量越小， H202 分 解产生的自由基就越少，而且污泥中的有机物本身就 Fenton循环反应存在抑制作用，因此 Fenton反应速率会降低，甚至使反应停止而影响最终的处理效果。 反应温度对反应体系的影响也很大。随着反应温度的升高，体系的反应速率随之加快，氧化效率提高，可以减少 H202 的投量。 反应时间对污泥处理的影响主要是因为反应时间影响 Fenton反应的进行。Fenton氧化反应非常剧烈，所以反应时间通常控制 1-2小时内。研究表明 3，利用Fenton氧化对污泥进行破解
7、时，在 1h反应时间内，污泥上清液中的 SCOD、蛋白质、多糖等 指标急剧上升，反应时间在 1-1.5h，上述各项指标逐渐趋于稳定， 1.5h后各项指标基本不再变化。 污泥自身的浓度对最终处理结果也有一定影响。污泥浓度越高，其成分就越加复杂，污泥性质就越不稳定，从而在实际运行中难以确定各项运行参数。 2.4 Fenton试剂在污泥处理中的应用 Fenton 反应利用其强氧化性处理污泥，可以对污泥进行调理，破坏污泥的胶态结构 2，引起污泥絮体表面胞外聚合物的部分氧化和重组，从而提高污泥的絮凝性，改善污泥的脱水性能，减少污泥，同时也可以脱色除臭。由于其具有处理效果显著、污泥降解速 度快、使用范围广
8、、无二次污染等优点，逐渐受到研究者的青睐。 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 6，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 5。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 4，加速微生物的隐性生长 4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。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术
9、路线）、研究难点及预期达到的目标 3.1 实 验目的： 选取 SCOD、多聚糖、蛋白质及污泥粒度变化表征调理效果，重点考察 pH、反应时间、 H2O2/Fe2+、温度等条件对 EPS 破解的影响，旨在找出类 Fenton 试剂氧化污泥的适宜条件，并结合污泥粒度和显微镜观察进一步直观说明 EPS 破解程度。 3.2 主要内容 ： 针对 城市污水处理厂 产生的 剩余污泥 进行研究， 利用 Fenton 试剂的强氧化性破解污泥中的 EPS，重点考察 pH、反应 时间、 H2O2/Fe2+、温度等条件对 EPS破解的影响，旨在找出 Fenton 试剂氧化污泥的适宜条件，以期提高污泥的脱水性能。 1 测
10、定供试污泥的基本性质，主要包括 pH、含水率、 SS、 VSS、 SCOD 和多聚糖浓度等指标。 2 通过正交试验确定初步试验条件，即确定破解程度最好的 pH、反应时间和 H2O2/Fe2+。 3 通过单因素试验确定最佳处理条件。 3.3 难点： 本实验的难点主要是对 VSS、 多聚糖浓度 等指标的测定及在正交试验中，对反应条件即 pH、反应时间和 H2O2/Fe2+等初步试验条件的摸索。需要大量的反复 试验来确定最佳的反应条件和供试污泥的基本指标。 3.4 预期目标 利用 Fenton 试剂的强氧化性破解污泥中的 EPS，并通过释放出的多聚糖、蛋白质浓度以及 SCOD 的变化表征 EPS 的
11、破解程度，重点考察 pH、反应时间、H202/ Fe2+、温度等条件对 EPS 破解的影响，旨在找出类 Fenton 试剂氧化污泥的适宜条件，并结合污泥粒度和显微镜观察进一步直观说明 EPS 破解程度。 四、论文详细工作进度和安排 1 11 月下旬：查阅文献资料，确定研究内容， 完成 毕业论文任务书的制定 ； 2 12 月 1 月上旬：完成文献综述及开题报告 ， 并制定具体的实验方案 ，进行初步试验； 3 1 月中旬 3 月下旬：根据实验方案，合理选择实验方法，并展开实验研究工作 ； 4 4 月上旬 5 月上旬：数据整理 ， 完成毕业论文初稿的撰写 ； 5 5 月上旬 5 月中旬：论文修改，准
12、备答辩 ； 6 5 月下旬：完成答辩 。 五、主要参考文献 1周健 , 龙腾锐 , 苗利利 . 胞外聚合物 EPS 对活性污泥沉降性能的影研究 . 环境科学学报 , 2004, 24(4): 613-618 2周健 , 罗勇 , 龙腾锐 , 等 . 胞外聚合物、 Ca2+、 pH 值对生物絮凝作用的影响 .中国环境科学 , 2004, 24(4): 437-441 3王红斌 , 李晓岩 , 赵庆祥 . 胞外聚合物对活性污泥沉降和絮凝性能的影响研究 . 中国安全科学学报 , 2003, 13(9): 31-34 4倪丙杰 , 徐得潜 , 刘绍根 . 污泥性质的重要影响物质 胞外聚合物 (EPS). 环境科学与技术 , 2006, 29(3): 108-110 5董辉 , 王国华 , 孙晓 . 影响污水污泥脱水性能因素的探讨 . 上海建设科技 , 钟恒文 , 二宫加奈 . 生污泥的 Fenton 氧化处理 . 中国给水排水 , 2003, 19(8): 6刘则 华 , 刘锡建 , 施恩芳等 . PAA 与 Fenton 试剂对污泥的减容效果 . 上海工程技术大学学报 , 2006, 20(3), 202-205 7付融冰 , 杨海真 , 甘明强 . 中国城市污水厂污泥处理现状及其进展 . 环境科学与技术 ,2004,27(5):108-109
