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超声耦合类Fenton对制革污泥脱水性能的影响研究
摘要
本文研究了超声耦合类Fenton对制革污泥脱水性能的影响。实验结果表明，该技术可以有效地改善制革污泥脱水性能，降低污泥含水率，提高污泥固体含量。优化的超声耦合类Fenton工艺条件为：H2O2浓度为20mmol/L，FeSO4·7H2O浓度为0.5g/L，声波频率为40kHz，超声功率密度为1.2W/cm2，反应时间为60min。此外，本文还探讨了超声耦合类Fenton初次投加系统和连续投加系统下的脱水效果，发现连续投加系统可以更好地提高脱水效果。
关键词：超声耦合类Fenton；制革污泥；脱水性能；污泥含水率；固体含量
Abstract
Thispaperinvestigatestheimpactofultrasonic-coupledFentononthedewateringperformanceoftannerysludge.Theexperimentalresultsshowthatthistechnologycaneffectivelyimprovethedewateringperformanceoftannerysludge,reducethesludgemoisturecontent,andincreasethesolidcontentofthesludge.Theoptimizedultrasonic-coupledFentonprocessconditionsare:H2O2concentrationof20mmol/L,FeSO4·7H2Oconcentrationof0.5g/L,ultrasonicfrequencyof40kHz,ultrasonicpowerdensityof1.2W/cm2,andreactiontimeof60min.Inaddition,thispaperalsoexploresthedewateringeffectundertheinitialadditionandcontinuousadditionsystemsofultrasonic-coupledFenton,andfindsthatthecontinuousadditionsystemcanbetterimprovethedewateringeffect.
Keywords:ultrasonic-coupledFenton;tannerysludge;dewateringperformance;sludgemoisturecontent;solidcontent
引言
制革污泥是一种含有大量有机物质和重金属的废弃物，其处理不仅对环境保护至关重要，还具有一定的经济价值。产业化利用制革污泥需要先将其脱水，以提高固体含量，减小体积，便于后续处理或处置。然而，由于制革污泥中含有大量的胶体和粘土状颗粒，其脱水性能通常很差，导致脱水费用高昂，影响其产业化利用的实际效果。
近年来，超声耦合类Fenton技术作为一种新兴的污泥处理技术，受到了越来越广泛的关注。该技术利用超声波的共振、剪切和微流体作用，增加了Fenton氧化反应的反应速率，使反应进行得更加彻底，从而极大地改善了制革污泥的脱水性能。然而，由于超声耦合类Fenton技术涉及到多种参数，如H2O2和Fe2+的浓度、声波频率、超声功率密度、反应时间等，如何确定最佳的工艺条件以实现最佳的脱水效果仍然需要进一步研究。
本研究旨在探究超声耦合类Fenton技术对制革污泥脱水性能的影响，以确定最佳的工艺条件，并比较初次投加系统和连续投加系统对系统脱水性能的影响。
实验方法
1.材料和试剂
制革污泥样品采自某制革厂，经初步处理后的含水率为92.5%。试剂为工业级氢氧化钾、硫酸亚铁七水合物、过硫酸铵、双氧水。
2.超声耦合类Fenton反应条件参数的确定
确定H2O2浓度、FeSO4·7H2O浓度、声波频率、超声功率密度、反应时间等超声耦合类Fenton反应条件参数。其中，H2O2浓度和FeSO4·7H2O浓度的范围分别为10-30mmol/L和0.1-1.0g/L；声波频率为20-80kHz，超声功率密度为1.0-1.5W/cm2；反应时间为30-90min。
3.初次投加系统和连续投加系统的比较
比较超声耦合类Fenton初次投加系统和连续投加系统的脱水效果。其中初次投加系统为在反应开始时同时投加所有试剂，而连续投加系统是在超声耦合类Fenton反应过程中分多次投加试剂。
4.数据处理
测量反应后污泥含水率和固体含量，据此计算处理效果，并利用SPSS19.0统计软件进行方差分析和检验。
结果与讨论
1.超声耦合类Fenton条件的优化
图1显示了H2O2和FeSO4·7H2O浓度对制革污泥含水率的影响。可以看出，在H2O2浓度