Peroxydisulfate activation and versatility of defective Fe3O4@MOF-808 for enhanced carbon and phosphorus recovery from sludge anaerobic fermentation

过氧二硫酸盐 发酵 化学 吸附 磷酸盐 水解 产甲烷 甲烷 催化作用 有机化学
作者
Long Chen,Xiangyue Zhang,Jianming Zhu,Helin Fan,Zhaohui Qin,Jun Li,Haijiao Xie,Hongtao Zhu
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:254: 121401-121401 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121401
摘要

Although being viewed as a promising technology for reclamation of carbon and phosphorus from excess sludge, anaerobic fermentation (AF) grapples with issues such as a low yield of volatile fatty acids (VFAs) and high phosphorus recovery costs. In this study, we synthesized Fe3O4@MOF-808 (FeM) with abundant defects and employed it to simultaneously enhance VFAs and phosphorus recovery during sludge anaerobic fermentation. Through pre-oxidization of sludge catalyzed by FeM-induced peroxydisulfate, the soluble organic matter increased by 2.54 times, thus providing ample substrate for VFAs production. Subsequent AF revealed a remarkable 732.73 % increase in VFAs and a 1592.95 % increase in phosphate. Factors contributing to the high VFAs yield include the non-biological catalysis of unsaturated Zr active sites in defective FeM, enhancing protein hydrolysis, and the inhibition of methanogenesis due to electron competition arising from the transformation between Fe(III) and Fe(II) under Zr influence. Remarkably, FeM exhibited an adsorption capacity of up to 92.64 % for dissolved phosphate through ligand exchange and electrostatic attractions. Furthermore, FeM demonstrated magnetic separation capability from the fermentation broth, coupled with excellent stability and reusability in both catalysis and adsorption processes.
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