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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
题目：
A review on sustainable reuse applications of Fenton sludge during wastewater treatment
作者:
Lihui Gao (✉)1, Yijun Cao2, Lizhang Wang1, Shulei Li (✉)1
作者单位:
1 China University of Mining and Technology, China
2 Zhengzhou University, China
通讯作者邮箱:
lihuigaocumt@163.com (L. Gao);
lishuleibgs@163.com (S. Li)
关键词:
Fenton sludge (芬顿污泥)
Heavy metals (重金属)
Coagulant (混凝剂)
Iron source (铁源)
Heterogeneous catalyst (多相催化剂)
文章亮点
•总结了与芬顿污泥再利用系统相关的可持续方法；
•深入探讨了芬顿污泥非均相催化剂的降解机理；
•提出了芬顿污泥的有效利用方向。
文章简介
由于有机难降解和有毒污染物的大量存在，工业废水的可持续处理越来越重要。然而，传统的分离和转化方法无法有效去除难降解和有毒污染物，因此需要开发新的有效技术。一般来说，各种高负荷、难降解、有毒废水都要经过高级氧化工艺(AOP)处理，例如芬顿氧化法、臭氧氧化法和光催化法，与其他高级氧化工艺相比，芬顿法由于其性能好(降解速度快)、操作简单(在室温和大气压下操作)和无二次污染(H2O2可分解为环境安全物质，如H2O和O2)等优点而得到了最为广泛的应用。
经典的芬顿氧化工艺(CFOP)是一种多功能十分有效的应用，通常适用于难降解污染物的去除。然而，过量铁污泥的产生在很大程度上限制了其广泛的应用。芬顿污泥是一种危险固体废物，是一种由Fe(OH)3、有机物、重金属、微生物、沉积物杂质和水分组成的复杂非均匀混合物。虽然之前的有研究根据芬顿污泥的富铁特性来利用特定的芬顿污泥资源，但很少有报告对芬顿污泥的利用进行全面综述。因此，本综述详细介绍了目前在废水处理过程中应用的可持续芬顿污泥再利用系统。具体来说，包括:
(1) 制备成混凝剂;
铁离子和聚合硫酸铁(PFS)是废水处理中常用的絮凝剂，芬顿污泥的成分主要是Fe(OH)3，在酸性环境中可以以Fe3+的形式溶解。芬顿污泥制备混凝剂的过程主要包括酸溶、还原和氧化。在污泥回收系统中，芬顿氧化过程产生的固体废物通常直接引入混凝反应器。与单独添加混凝剂相比，芬顿污泥和混凝剂的混合物以及混凝回收可以显著减少混凝剂剂量的要求和污泥的产量，最多可减少50%。因此，优化混凝剂的制备是一种很有前景的芬顿污泥利用方案。
(2) 作为铁源在芬顿过程中的再利用;
芬顿污泥首先通过酸和羟胺(还原剂)的化学再生重新溶解。此外腐殖酸和黄腐酸能有效的结合铁离子，从而形成离子-有机配体复合物。络合配体向氢氧化铁表面提供电子，从而将Fe3+还原为Fe2+，将铁污泥重新用于芬顿氧化过程。在含铁污泥回收过程中，污染物去除率仍然高达97%。因此，开发新型芬顿污泥回用技术对芬顿污泥的高效利用具有重要意义。
(3) 再利用作为合成多相催化剂/吸附剂以实现资源再生;
由于芬顿反应通常遵循简明的反应条件，并产生多余的含铁污泥，因此基于此科研学者开发了多种氧化铁、高分子材料负载含铁催化剂、无机材料负载的氧化铁催化剂等催化剂。此外由于芬顿污泥有机物和铁含量较高，还可以通过热解或水热炭化合成多相催化剂/生物炭。一般来说，类芬顿过程都遵循先吸附然后催化氧化的过程，而芬顿含铁污泥本身就具有优异的吸附性能，因此优化基于芬顿污泥的催化剂/吸附剂的应用是将铁泥资源再生的一个重要途径。
(4) 其他应用。
铁污泥还可以用作污泥调理剂、厌氧消化过程中的电子受体、脱水骨架材料和潜在的磷肥等。
本文综述了现有的芬顿污泥再利用系统，这些系统克服了传统芬顿工艺的限制，同时降低了总体工艺成本和二次污染的产生。以前的研究报告了基于芬顿污泥再利用系统的研究，但大多数研究仅限于实验室阶段。这可能是因为
(1) 芬顿污泥中含水量高是利用的一大障碍；
(2) 芬顿污泥成分复杂，难以定性；
(3) 制备混凝剂可能是消耗大量芬顿污泥的一大步，但芬顿污泥中重金属和放射性的存在将限制其商业应用；
(4) 出于环境和安全考虑，客户可能不愿意接受来自废料的合成产品。
此外，目前的研究仅限于芬顿污泥基催化剂在模拟废水中的应用。为了解决实际废水中污染物的复杂性，必须进一步研究所生产的催化剂对污染物的选择去除性。此外，作为预处理/后处理选项的附加过程可以应用于多相催化系统，例如生物处理系统和吸附过程的联合处理，做到真正的零污染、零排放。
文章摘要图
编委点评
传统芬顿法在反应过程中产生的大量铁泥在很大程度上限制了其广泛的应用。该综述详细总结了芬顿污泥的性质和当前各种资源利用的方法，尤其针对芬顿污泥在多相催化剂合成中的应用进行了系统概述，且提出芬顿污泥基催化剂在去除水中的难降解污染物方面所表现出的良好应用前景。文章还对未来芬顿污泥基催化剂的发展方向做出了展望，是芬顿污泥利用领域鲜有的综述论文，对广大科研学者从事芬顿水处理方面的科学研究和工程应用，具有借鉴意义和参考价值。
编者|孙英涛
点评|吕来
致 谢
吕来，广州大学教授、博导、FESE青年编委，主要致力于水污染控制与水净化新技术新原理研究（https://www.x-mol.com/groups/lyulai）。
孙英涛，男，25岁，广州大学大湾区环境研究院2020级环境科学专业硕士研究生，导师是胡春教授和吕来教授，研究方向为金属化合物表面微电场构建活化惰性氧物种降解有机污染物。
