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https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-021-1511-6
文章出版：Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(6): 77
原文信息
題目：
A review on sustainable reuse applications of Fenton sludge during wastewater treatment
作者:
Lihui Gao (✉)1, Yijun Cao2, Lizhang Wang1, Shulei Li (✉)1
作者單位:
1 China University of Mining and Technology, China
2 Zhengzhou University, China
通訊作者郵箱:
lihuigaocumt@163.com (L. Gao);
lishuleibgs@163.com (S. Li)
關(guān)鍵詞:
Fenton sludge (芬頓污泥)
Heavy metals (重金屬)
Coagulant (混凝劑)
Iron source (鐵源)
Heterogeneous catalyst (多相催化劑)
文章亮點(diǎn)
•總結(jié)了與芬頓污泥再利用系統(tǒng)相關(guān)的可持續(xù)方法；
•深入探討了芬頓污泥非均相催化劑的降解機(jī)理；
•提出了芬頓污泥的有效利用方向。
文章簡介
由于有機(jī)難降解和有毒污染物的大量存在，工業(yè)廢水的可持續(xù)處理越來越重要。然而，傳統(tǒng)的分離和轉(zhuǎn)化方法無法有效去除難降解和有毒污染物，因此需要開發(fā)新的有效技術(shù)。一般來說，各種高負(fù)荷、難降解、有毒廢水都要經(jīng)過高級氧化工藝(AOP)處理，例如芬頓氧化法、臭氧氧化法和光催化法，與其他高級氧化工藝相比，芬頓法由于其性能好(降解速度快)、操作簡單(在室溫和大氣壓下操作)和無二次污染(H2O2可分解為環(huán)境安全物質(zhì)，如H2O和O2)等優(yōu)點(diǎn)而得到了最為廣泛的應(yīng)用。
經(jīng)典的芬頓氧化工藝(CFOP)是一種多功能十分有效的應(yīng)用，通常適用于難降解污染物的去除。然而，過量鐵污泥的產(chǎn)生在很大程度上限制了其廣泛的應(yīng)用。芬頓污泥是一種危險(xiǎn)固體廢物，是一種由Fe(OH)3、有機(jī)物、重金屬、微生物、沉積物雜質(zhì)和水分組成的復(fù)雜非均勻混合物。雖然之前的有研究根據(jù)芬頓污泥的富鐵特性來利用特定的芬頓污泥資源，但很少有報(bào)告對芬頓污泥的利用進(jìn)行全面綜述。因此，本綜述詳細(xì)介紹了目前在廢水處理過程中應(yīng)用的可持續(xù)芬頓污泥再利用系統(tǒng)。具體來說，包括:
(1) 制備成混凝劑;
鐵離子和聚合硫酸鐵(PFS)是廢水處理中常用的絮凝劑，芬頓污泥的成分主要是Fe(OH)3，在酸性環(huán)境中可以以Fe3+的形式溶解。芬頓污泥制備混凝劑的過程主要包括酸溶、還原和氧化。在污泥回收系統(tǒng)中，芬頓氧化過程產(chǎn)生的固體廢物通常直接引入混凝反應(yīng)器。與單獨(dú)添加混凝劑相比，芬頓污泥和混凝劑的混合物以及混凝回收可以顯著減少混凝劑劑量的要求和污泥的產(chǎn)量，最多可減少50%。因此，優(yōu)化混凝劑的制備是一種很有前景的芬頓污泥利用方案。
(2) 作為鐵源在芬頓過程中的再利用;
芬頓污泥首先通過酸和羥胺(還原劑)的化學(xué)再生重新溶解。此外腐殖酸和黃腐酸能有效的結(jié)合鐵離子，從而形成離子-有機(jī)配體復(fù)合物。絡(luò)合配體向氫氧化鐵表面提供電子，從而將Fe3+還原為Fe2+，將鐵污泥重新用于芬頓氧化過程。在含鐵污泥回收過程中，污染物去除率仍然高達(dá)97%。因此，開發(fā)新型芬頓污泥回用技術(shù)對芬頓污泥的高效利用具有重要意義。
(3) 再利用作為合成多相催化劑/吸附劑以實(shí)現(xiàn)資源再生;
由于芬頓反應(yīng)通常遵循簡明的反應(yīng)條件，并產(chǎn)生多余的含鐵污泥，因此基于此科研學(xué)者開發(fā)了多種氧化鐵、高分子材料負(fù)載含鐵催化劑、無機(jī)材料負(fù)載的氧化鐵催化劑等催化劑。此外由于芬頓污泥有機(jī)物和鐵含量較高，還可以通過熱解或水熱炭化合成多相催化劑/生物炭。一般來說，類芬頓過程都遵循先吸附然后催化氧化的過程，而芬頓含鐵污泥本身就具有優(yōu)異的吸附性能，因此優(yōu)化基于芬頓污泥的催化劑/吸附劑的應(yīng)用是將鐵泥資源再生的一個(gè)重要途徑。
(4) 其他應(yīng)用。
鐵污泥還可以用作污泥調(diào)理劑、厭氧消化過程中的電子受體、脫水骨架材料和潛在的磷肥等。
本文綜述了現(xiàn)有的芬頓污泥再利用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)芬頓工藝的限制，同時(shí)降低了總體工藝成本和二次污染的產(chǎn)生。以前的研究報(bào)告了基于芬頓污泥再利用系統(tǒng)的研究，但大多數(shù)研究僅限于實(shí)驗(yàn)室階段。這可能是因?yàn)?/p>
(1) 芬頓污泥中含水量高是利用的一大障礙；
(2) 芬頓污泥成分復(fù)雜，難以定性；
(3) 制備混凝劑可能是消耗大量芬頓污泥的一大步，但芬頓污泥中重金屬和放射性的存在將限制其商業(yè)應(yīng)用；
(4) 出于環(huán)境和安全考慮，客戶可能不愿意接受來自廢料的合成產(chǎn)品。
此外，目前的研究僅限于芬頓污泥基催化劑在模擬廢水中的應(yīng)用。為了解決實(shí)際廢水中污染物的復(fù)雜性，必須進(jìn)一步研究所生產(chǎn)的催化劑對污染物的選擇去除性。此外，作為預(yù)處理/后處理選項(xiàng)的附加過程可以應(yīng)用于多相催化系統(tǒng)，例如生物處理系統(tǒng)和吸附過程的聯(lián)合處理，做到真正的零污染、零排放。
文章摘要圖
編委點(diǎn)評
傳統(tǒng)芬頓法在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的大量鐵泥在很大程度上限制了其廣泛的應(yīng)用。該綜述詳細(xì)總結(jié)了芬頓污泥的性質(zhì)和當(dāng)前各種資源利用的方法，尤其針對芬頓污泥在多相催化劑合成中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)概述，且提出芬頓污泥基催化劑在去除水中的難降解污染物方面所表現(xiàn)出的良好應(yīng)用前景。文章還對未來芬頓污泥基催化劑的發(fā)展方向做出了展望，是芬頓污泥利用領(lǐng)域鮮有的綜述論文，對廣大科研學(xué)者從事芬頓水處理方面的科學(xué)研究和工程應(yīng)用，具有借鑒意義和參考價(jià)值。
編者|孫英濤
點(diǎn)評|呂來
致 謝
呂來，廣州大學(xué)教授、博導(dǎo)、FESE青年編委，主要致力于水污染控制與水凈化新技術(shù)新原理研究（https://www.x-mol.com/groups/lyulai）。
孫英濤，男，25歲，廣州大學(xué)大灣區(qū)環(huán)境研究院2020級環(huán)境科學(xué)專業(yè)碩士研究生，導(dǎo)師是胡春教授和呂來教授，研究方向?yàn)榻饘倩衔锉砻嫖㈦妶鰳?gòu)建活化惰性氧物種降解有機(jī)污染物。
