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氧化技术（Advanced OxidationProcess，AOPs）是工业废水常用的高效预处理和末端处理手段，可以有效提高难降解污水的可生化性。其主要是依靠外加能量或催化剂，通过一系列化学反应产生具有强氧化能力的活性氧物质，例如·OH，·O2-，1O2等，对大分子难降解的物质进行氧化分解，终使之矿化成CO2和H2O。目前，在工业上备受青睐的氧化技术有紫外-可见光催化氧化、臭氧催化氧化、电催化、芬顿氧化技术等。除了添加催化剂外，紫外-可见光、臭氧催化氧化以及电催化技术均需要外加能源，能耗较高，而芬顿处理技术由于能耗低、操作简单、效率较高，在废水处理过程中展现了独特的优势。发展（类）芬顿技术，使其成本在可控的范围内，高效降解去除有机污染物，实现工艺有效性、安全性，则可为保障出水水质提供极具潜力的应用前景。

1、类芬顿技术原理

类芬顿技术是由传统的芬顿技术发展而来。芬顿反应早由法国科学家Fenton于1893年提出，主要是依靠Fe2+催化H2O2分解产生·OH（E0=2.8eV）来氧化裂解有机物，在理想条件下，Fe2+则可通过自由基链式反应，实现价态循环（方程1、2）。芬顿反应本身速率较快、易于操作、成本较低，并且H2O2本身具有环境友好性，但其操作条件有限。只有在强酸性条件下（pH<3），Fe2+才具备较强活性，一旦溶液的碱性增强，Fe2+极易沉淀后转变为Fe（OH）3，使得反应失活。故而芬顿反应所适用的pH值范围较窄。在反应过程中，也容易产生大量的铁泥，为后续的处理增加额外的成本。·OH的寿命较短，容易与H2O2反应生成氧化力较低的·OOH，导致H2O2在反应过程中的利用率不高。这些缺陷均限制了均相芬顿反应在实际工业废水处理中的应用效能。

多相类芬顿催化剂评价因素主要有3点：催化活性、稳定性以及H2O2利用率。催化活性与催化剂的活性位点暴露数量（比表面积）和活性位点附近电子传输速率有关。催化剂的比表面积越大，活性位暴露越多，越有利于电子在界面上传输。而催化剂的稳定性取决于活性中心价态转化的速率与其他原子成键强弱，一般可以通过制备方式的改变来调节催化剂的稳定性。在经验上，通过共沉淀法或浸渍法进行煅烧的催化剂，其稳定性要优于水热法制备的催化剂。H2O2的利用率主要与催化剂的活性中心有关。相较于单反应中心（单一催化位点），一般而言，双反应活性中心（多催化位点）更有利于吸附双氧水并作用于O-O键的断裂分解，从而提高双氧水的利用率，更有利有机物的断裂降解。目前商业化的催化剂大多以Al2O3、SiO2、工业陶瓷、分子筛作为载体，表面负载诸多活性相，以达到强化催化剂的稳定性和适用寿命的作用。常见的多相类芬顿催化剂的活性相有活性炭/生物炭、铁氧化合物、多相金属化合物以及类石墨烯等，均可以对双氧水进行有效分解。本文针对催化剂常见的活性相进行详述。

2.1 活性炭/生物炭

活性炭/生物炭一般具有较大的比表面积和较强的吸附能力，离域化的sp2π-π结构可以富集电子并形成表面性自由基（PFRs），一方面，可以直接与有机污染物反应，使有机物断裂分解;另一方面，PFRs可作为电子的传导体促使H2O2裂解产生·OH，从而使有机物矿化分解。湖南大学的黄丹莲教授发现猪粪生物炭（SBC）可以有效激活H2O2产生强氧化性的自由基（·OH），SBC/H2O2体系也具有高效降解难生物降解的磺胺二甲基嘧啶的能力。通过研究发现，SBC上存在以氧为中心的持久性自由基（PFRs）或有一个相邻氧原子的以碳为中心的PFRs，其可以通过电子转移途径将电子转移给H2O2，从而激活H2O2产生·OH。生物炭上的含电子基团（尤其是C=O）在催化反应中也起着重要的作用。肖鹤等人利用Fe2+和活性炭的协同作用催化H2O2产生·OH，在较广的pH范围内均可以高效降解亚甲基蓝，反应时间仅30min，亚甲基蓝的去除率高达91%。国内江苏金碧源环保科技有限公司出售的活性炭类芬顿催化剂已经进行商业化应用，可用于精细化工、染料、合成医药、表面活性剂等化工类高浓度有机废水的处理。

我国餐厨垃圾含水率高，一般为80%～90%，伴随着餐厨垃圾的处理，餐厨废水和固渣的处理问题浮现，成为餐厨垃圾处理工艺的技术瓶颈。餐厨废水属于高浓度有机废水，COD保持在80000～120000mg/L，含固率和含油量非常高，目前，国内餐厨垃圾处理企业大多采用中温厌氧发酵工艺，处理效果不太理想，产沼气性能也不稳定。餐厨垃圾处理行业还未颁布废水排放标准，但随着环保要求的提高，餐厨废水的排放标准将日益严格。对于餐厨垃圾固液分离的残渣，其含水率依然偏高，一般为60%～70%，含油率为0.5%～0.8%，多呈糊状，脱水极其困难，目前大多采用好氧堆肥或厌氧堆肥进行处理，但堆肥周期长、占地面积大、易散发恶臭，餐厨废水和固渣的处理成为大多数餐厨垃圾处理厂的棘手问题。本文通过3组小试，重点探究接种物、含固率对餐厨废水和固渣厌氧发酵的影响，旨在为整个餐厨垃圾处理行业的发展提供一定理论支持，为工程运行积累一些可借鉴的经验。

1、中温厌氧发酵的理论基础

废水的厌氧发酵是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼养微生物）的作用，将废水中的各种复杂微生物分解转化为甲烷和二氧化碳等物质。一般将其分为水解酸化、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段。根据含固率的不同，厌氧发酵分为湿法（含固率8%～10%）和干法（含固率20%～40%）两种。根据温度，厌氧发酵可分为常温发酵、中温发酵和高温发酵。常温发酵温度随环境温度改变，产气性差，沼气产量不稳定，实际工程较少采用；中温发酵温度为30～35℃，稳定性较高，沼气产率高，沼气产量平衡稳定，目前被广泛用于中型或者大型沼气项目中；高温发酵温度为50～55℃，容积负荷高，沼气产率高，停留时间短，但因能耗较高而应用不广泛。

2、试验方案

本试验采用单相序批式厌氧消化，一次性完成进料，消化温度为35℃（±3℃）。采用3套立式发酵反应器进行同步试验。按照比例，将接种物厌氧污泥和牛粪加入餐厨垃圾浆液中，装入反应器中密封，定期进行机械搅拌并开启沼液回流系统，进行加热保温，启动试验进行厌氧消化。

1#发酵罐采用餐厨浆液湿式动态厌氧发酵，含固率为8%～10%，接种厌氧污泥。2#发酵罐采用餐厨浆液湿式动态厌氧发酵，含固率为8%～10%，接种牛粪。3#发酵罐采用餐厨垃圾离心机分离后的残渣进行干式静态厌氧发酵，含固率为17.48%，接种厌氧污泥。

2.1 试验目的

一是在相同接种比的情况下，探究接种物种类对厌氧发酵效果的影响。二是在相同接种物的前提下，探究不同含固率对产气性能的影响。

2.2 含固率的确定

为了便于工程实际推广应用，处理工序不宜过于烦琐，本试验采用卧螺离心机分离的餐厨废水进行厌氧消化，相比现有的利用废水发酵产沼气工艺，含固率有了较大的提高，但1#发酵罐、2#发酵罐仍控制在湿式发酵的范畴，以便对发酵物料进行机械搅拌，保证获得较高的产气量，又不会因过高的有机负荷率破坏系统的消化稳定性和沼液回流效果，本试验1#发酵罐、2#发酵罐含固率均为8%～10%，3#发酵罐含固率为20%左右。

2.3 接种物及接种比例的确定

试验所采用的接种物为厌氧污泥和牛粪。有研究认为，添加接种物有助于缓解挥发酸的积累，并加速试验的启动，提高产气量。接种比例一般为20%～30%（质量分数，以含固率计，下同），本试验选择的接种比例为20%～25%。

2.4 主要指标测定周期的确定

本次中温厌氧消化试验指标的测定分为两组，一组每天测量，指标包括温度、pH、产气量和沼气气体组分；另一组每3天进行取样，测定沼液的COD、氨氮（NH3-N）、挥发性脂肪酸（VFA）和含固率。含固率与含水率测定采用烘干法。将垃圾样品在105℃温度下除去水分，烘至恒重，得到干物质（总固体，TS）。含固率（总固体含量）常用百分数表示，其与含水率之和为。pH测定采用数字pH计。COD测定采用zhonggesuanjia滴定法，仪器为5B-3C型COD快速测定仪。VFA测定采用滴定法。沼气产量测定采用排水集气法。气体成分分析（CH4、CO2）采用便携式沼气分析仪。

3、试验装置与材料

3.1 试验装置

试验装置主要由3个立式发酵反应器、3个排水集气桶、3套沼液收集回流装置构成，立式发酵反应器配有温控系统和搅拌系统。发酵反应器为铁制反应器，容积约为0.2m3，反应器内外层之间填充加热线、保温层和温度探头进行加热保温和温度控制。1#发酵罐和2#发酵罐设置立式搅拌机，促进反应器内物料温度的稳定，加速发酵试验启动。