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铁碳微电解
发布时间：2018/09/18 作者：逆水寒
铁碳微电解技术简介
1、微电解工艺原理：微电解技术是目前处理高浓度、高色度、高含盐量、难生物降解有机废水的一种理想工艺，又称内电解法。铁碳微电解填料浸入废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阴极,电位高的碳做阳极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。由于铁离子有混凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物而去除，为了增加电位差，促进铁离子的释放,在铁碳微电解填料中加入一定比例催化剂。
发生电化学反应过程如下：
阳极(Fe): Fe - 2e →Fe2+ E（Fe / Fe2+）=0.44V
阴极(C) : 2H++2e →H2 E(H+/H2)=0.00V
反应中，产生了初生态的Fe2+ 和原子H，它们具有高化学活性,能改变废水中许多有机物的结构和特性,使有机物发生断链、开环等作用。
若有曝气，还会发生下面的反应：
O2+4H++4e→2H2O E (O2)=1.23V
O2 + 2H2O + 4e → 4OH- E（O2/OH-）=0.41V
Fe2++ O2 +4H+→2H2O + Fe3+
反应中生成的OH-是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+ 逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,从而增强对废水的净化效果。
微电解对色度去除有明显的效果。这是由于电极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力,可使某些有机物的发色基团硝基—NO２、亚硝基—NO 还原成胺基—NH2，另胺基类有机物的可生化性也明显高于硝基类有机物;新生态的二价铁离子也可使某些不饱和发色基团(如羧基—COOH、偶氮基-N＝N-) 的双键打开,使发色基团破坏而除去色度,使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外,二价和三价铁离子是良好的絮凝剂,特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性,调节废水的pH值可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀,吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子,可进一步降低废水的色度,同时去除部分有机污染物质使废水得到净化。2、微电解工艺的优点：
该法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等优点，也不需消耗电力资源。
3、微电解工艺的发展史：
该工艺技术自诞生开始，即在美、苏、日等国家引起广泛重视，已有很多的专利，并取得了一些实用性的成果。该工艺是在20世纪7O年代应用到废水治理中的，而我国从2O世纪8O年代开始这一领域的研究。当时的微电解工艺所采用的材料主要是废铁屑和活性炭颗粒的混合物，虽然具有“以废治废”的意义，但是因为铁屑和活性炭的物理密度不同，导致水流冲击作用力之下，铁屑和活性炭出现分层现象。铁屑会沉底，活性炭颗粒会上浮的表层。这种分层现象一方面导致铁屑和活性炭颗粒接触不良从导致效果下降；另一方面导致铁屑和铁屑之间接触太紧密从而形成铁屑结块。因为这种现象导致在当时这种虽然良好的工艺没有得以大范围推广。针对以上现象，我们通过科研开发利用高温冶炼技术将铁和碳融合为一体合金--新型铁碳微电解填料。从而将两种物质转化为单一物质，从而彻底客服了分层现象，也同时解决了由此导致的分层现象和结块现象。
微电解填料的结构形式及其优点：
通过冶炼等手段将铁及金属催化剂与炭包容在一起形成架构式铁炭结构。①此结构铁与炭永远是一体，不会像铁炭组配组合容易出现铁与炭分离，影响原电池反应。②铁炭一体可降低原电池反应的电阻，从而提高电子的传递效率，提高处理效率。③铁炭一体可以避免分层和板结的产生。包容架构式微电解技术是铁炭微电解技术的一次技术革命。她的广泛应用将为化工等行业的发展带来新的生机。铁炭包容式微电解技术采用固定流化床运行方式，其操作维护方便，运行安全可靠。
4、微电解工艺的应用领域：
4.1印染废水的处理
近年来，铁碳微电解研究成果和技术专利已经成功应用于各种规模的印染企业的废水治理工程。利用铁碳微电解技术处理印染废水，可以有效提高废水的可生化性，脱色率几乎可以达到100%,并且铁碳微电解技术是利用铁元素和碳元素自身发电，不用外加电流，因此操作方便，运行成本低廉。
印染废水水量大、色度深、碱性强、水质变化大，难降解有机污染物含量高。目前，印染废水普遍采用生化法、混凝沉淀法、混凝气浮法和活性炭吸附法进行处理。这些方法投资费用高，管理难度大，脱色效果和去除率都不理想。众源环保技术人员运用微电解法处理染料废水，CODcr去除率达67%左右，脱色率几近100％。结果表明酸性废水有利于去除CODcr,和脱色，选择pH值为4的酸性废水为宜；延长微电解反应时间有利于提高处理效果，但会增加投资和运行费用，反应时间控制在5Omin为宜；石灰乳的用量过多或过少均会影响CODcr的去除，调pH值为9时较合适。
4.2含砷废水的处理
随着冶金和化工等行业发展以及贫矿的开发，砷伴随主要元素被开发出来，进入废水中的砷数量相当大。据1995年中国环境状况公报报道，95年砷排放量达到1084吨，比94年增长4.4%，1996年中国环境状况公报报道，96年砷排放量达到1132吨，比95年增长4.2%。含砷废水有酸性和碱性，当中一般也含有其它重金属离子。砷与铅等共同作用会使废水的毒性更大，国内外都曾发现废水中砷的中毒事件。
含砷废水中砷的存在形态受pH的影响很大，在中性条件下，可溶砷的数量达到最大，随着pH的升高或降低其溶解的数量都将降低。pH为5.0时，溶液中砷主要以无机砷的形态存在，当pH为6.5时，有机砷为其主要存在形态。但由于含砷废水的来源并不单一，其成分也是复杂多变的。
含砷废水的处理在六十年代就已得到世人的关注。如能回收利用则不仅可解决了砷对环境的污染问题，而且经济效益显著，节约资源。目前，比较系统的处理方法有化学沉淀法、物理法以及新兴的、最具发展前途的—新型铁碳微电解技术。
砷化物是一种高毒性物质，对环境污染严重。含砷废水目前常采用离子交换法、沉淀法和浮选法治理。陆萸英等对含砷废水处理进行了系统的概述。在上述方法中，沉淀法加入沉淀剂的量较难控制，过少除不尽砷，过多会造成二次污染。浮选法则因泥渣中含水量大，也易造成二次污染。众源环保技术人员运用对铁屑微电池反应处理含砷废水进行了研究，结果表明通过腐蚀电池电极反应产生的Fe2，在碱性条件下絮凝共沉淀去除砷，去除率可达93％以上。
4.3化工废水的处理
化工废水的基本特征为极高的COD、高盐度、对微生物有毒性，是典型的难降解废水，是目前水处理技术方面的研究重点和热点。化工废水的特征分析如下：
(1)水质成分复杂，副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度；
(2)废水中污染物含量高，这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介质进入了废水体系所引起的；
(3)有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等；
(4)生物难降解物质多，B比C低，可生化性差；
(5)废水色度高。
化工废水处理技术已经经过了100多年的发展，污水中的污染物种类、污水量是随着社会经济发展、生活水平的提高而不断增加，污水处理技术也随着科学技术的发展而发生了日新月异的变化，同时，旧的污水处理技术也不断被革新和发展着。尤其现在的化工废水中的污染物是多种多样的，往往用一种工艺是不能将废水中所有的污染物去除殆尽的。用物化工艺将化工废水处理到排放标准难度很大，而且运行成本较高；化工废水含较多的难降解有机物，可生化性差，而且化工废水的废水水量水质变化大，故直接用生化方法处理化工废水效果不是很理想。
针对化工废水处理的这种特点，众源环保技术人员运用铁碳微电解技术根据实际废水的水质采取适当的预处理方法，如新型铁碳微电解填料，破坏废水中难降解有机物、改善废水的可生化性；再联用生化方法，如SBR、接触氧化工艺，A/O工艺等，对化工废水进行深度处理。
4.4制药废水处理
制药生产废水成分复杂，含硝基苯类物质较多，有较大的毒性，属难降解有机化工废水。经微电解－混凝处理后，COD去除率平均达到3O%左右，B/C比则由0.46上升到0.53，硝基苯转化率平均达到55%，脱色率平均为50%左右，并使全流程COD去除率达到91%，可见微电解预处理效果十分明显。
4.5含氰废水处理
众源环保技术人员运用铁碳微电解技术处理含氰电镀废水，这种工艺最终将出水pH值调至1O左右，以沉淀铁离子和其他金属离子。在该条件下，CN一与Fe2反应生成难溶于水的亚铁氰化铁Fe2[Fe(CN)6]沉淀，或者在废水中加入钙离子生成亚铁氰化钙，这种络盐稳定无毒，加酸蒸馏也不分解。
4.6含酚废水处理
众源环保技术人员运用铁碳微电解技术处理含酚废水做了研究，讨论了铁屑内电解处理含酚废水的原理及各种因素对脱除效果的影响。用正交试验选取最佳处理条件，对实际废水进行了处理，处理前酚浓度为285.6mg/L，处理后酚浓度为0.625mg/L，去除率为99.8％；COD浓度为712mg/L，处理后为88mg/L，去除率为87.5％。
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