Funmat课题组在Water Research上发表文章

近日，Funmat课题组在Water Research上发表了题为“In situ generation of zero valent iron for enhanced hydroxyl radical oxidation in an electrooxidation system for sewage sludge dewatering”. (2018, 145: 162-171)的研究性论文。胡少刚博士和胡敬平教授为本文的共同一作，侯慧杰副教授和杨家宽教授为本文的共同通讯作者。文章报道了通过电化学氧化作用调理污泥深度脱水的方法。

市政污水处理厂主要是通过活性污泥法来去除污水中的污染物，这个过程中不可避免的会产生大量污泥，产生的污泥如果不进一步处理处置会对环境和人类健康造成巨大的威胁。而适宜的污泥处理处置方法都先需要减少污泥体积和质量。但是，污泥中包含复杂的EPS（结合包裹着大量结合性水分）使污泥很难脱水。当前，电化学方法由于装置制作简便，易于控制和操作并且能够去除污泥中的病原菌，作为一种预处理手段去强化污泥脱水过程日益受到重视。在电化学处理过程中，污泥中EPS能够被电化学装置的阳极直接氧化或者羟基自由基间接氧化。但有文献报道，纯粹的电解作用对污泥的深度脱水效果有限，而若在电化学氧化污泥之后用絮凝剂将污泥絮凝，能够使污泥在脱水效果相同的情况下絮凝剂的用量减少一半。另外，零价铁也被作为一种调理试剂用于污泥脱水，有文献报道在酸性条件下，零价铁/双氧水体系能够将污泥的CST降低50%。当零价铁和过硫酸盐结合产生硫酸自由基的时候能够氧化和破坏污泥的EPS，污泥的CST也能降低50%。但是，零价铁在储存和运输过程中很容易被氧化，从而在零价铁外层形成氧化物影响它的活性。

为了利用电化学和零价铁氧化污泥的优势，进一步增强电化学调理污泥，本文提出了一种强化电化学氧化污泥脱水的方法。在强化电化学氧化处理之后，污泥的毛细吸水时间（CST）和取泥比阻（SRF）分别下降了75.6%和90.9%，同时通过自制的小型污泥脱水装置能使污泥泥饼的含水率能够达到47.2%。能达到较好的污泥作用主要是四个过程破坏污泥絮体的胞外聚合物（EPS）起到脱水的作用，这四个过程包括电化学氧化，电Fenton，零价铁活化分子氧过程以及三价铁的絮凝作用。在电化学装置的阴极，原位生成的零价铁有助于通过活化分子氧将三价铁还原成二价铁。同时，反应体系通过质子的竞争反应和三价铁的絮凝过程能使污泥溶液的pH下降且维持在酸性，这种条件能够促使反应体系高效的生成羟基自由基。另外，反应过程中，污泥的物理化学性质（污泥粒径分布，Zeta电位和EPS的变化）也被探究。

Fig. 1. Mechanism of sludge dewatering performance with the hybrid electrooxidation conditioning method: (a) process diagram of the related representative oxidation routes (Routes I, II and III) and the coagulation process in the hybrid conditioning strategy, and (b) Fe circulation process diagram enhanced by molecular oxygen activation by in situ generation of ZVI.