福建省高難度污水處理

1鐵炭微電解的作用機(jī)理

1.1、微電解工作原理：

一般原理：鐵炭微電解是基于電化學(xué)中的原電池反應(yīng)。當(dāng)鐵和炭浸入電解質(zhì)溶液中時(shí)，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，因而會(huì)形成無數(shù)的微電池系統(tǒng),在其作用空間構(gòu)成一個(gè)電場(chǎng)。陽極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)二價(jià)鐵離子具有較強(qiáng)的還原能力，可使某些有機(jī)物還原，也可使某些不飽和基團(tuán)(如羧基—COOH、偶氮基-N＝N-)的雙鍵打開，使部分難降解環(huán)狀和長(zhǎng)鏈有機(jī)物分解成易生物降解的小分子有機(jī)物而提高可生化性。此外，二價(jià)和三價(jià)鐵離子是良好的絮凝劑，特別是新生的二價(jià)鐵離子具有更高的吸附-絮凝活性，調(diào)節(jié)廢水的pH可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀，吸附污水中的懸浮或膠體態(tài)的微小顆粒及有機(jī)高分子，可進(jìn)一步降低廢水的色度，同時(shí)去除部分有機(jī)污染物質(zhì)使廢水得到凈化。陰極反應(yīng)產(chǎn)生大量新生態(tài)的[H]和[O]，在偏酸性的條件下，這些活性成分均能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有機(jī)大分子發(fā)生斷鏈降解，從而消除了有機(jī)廢水的色度，提高了廢水的可生化性。福建省高難度污水處理

鐵炭原電池反應(yīng)：

陽極：Fe - 2e → Fe2+    E (Fe/Fe2+) = 0.44V

陰極：2H+ + 2e → H2    E (H+/H2) = 0.00V

當(dāng)有氧存在時(shí)，陰極反應(yīng)如下：

O2 + 4H+ + 4e → 2H2O    E (O2) = 1.23V

O2 + 2H2O + 4e → 4OH-   E (O2/OH-) = 0.41V

1.2、一般微電解反應(yīng)為：

鐵原子與炭原子是緊挨著或分開而形成原電池反應(yīng)。這種鐵炭接觸不利于電子的轉(zhuǎn)移，電荷效率較低，因此廢水中有機(jī)物的去除效率一般也較低。同時(shí)當(dāng)鐵炭一旦分層將更不利于有機(jī)物的去除。

1.3、鐵炭包容式微電解反應(yīng)為：

鐵原子與炭原子是相互包容組成架構(gòu)而形成的原電池反應(yīng)。這種鐵炭接觸不存在鐵與炭的分層問題，因此更有利于電子的轉(zhuǎn)移，電荷效率較高，廢水中有機(jī)物的去除效率也較高。

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 鐵炭微電解技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展

2.1、在印染廢水處理中的應(yīng)用

鐵炭微電解技術(shù)作為一種新的廢水處理手段初就是應(yīng)用于印染廢水的處理，并取得良好的效果。印染廢水中的有機(jī)污染物主要來源于染料及染整添加劑，近年來由于印染技術(shù)的不斷進(jìn)步和有機(jī)合成染料新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，使得印染廢水具有pH低,色澤深,毒性大,生物可降解性差等特點(diǎn)。因此，鐵炭微電解用于印染廢水的處理體現(xiàn)出了其他工藝不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

經(jīng)過試驗(yàn)分別對(duì)色度300倍，COD為602mg/L，pH為9.76和色度700倍，COD為1223mg/L，pH為5.76 的兩種不同的印染廢水進(jìn)行處理，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鐵炭體積比為1：1，pH為3.0左右，反應(yīng)時(shí)間20～30 min時(shí)，對(duì)色度的去除率能夠達(dá)到95%以上，同時(shí)COD的去除率能也能夠達(dá)到60~70%。

用鐵炭微電解法對(duì)印染廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明pH為3，接觸時(shí)間20～30 min，色度的去除率都能達(dá)到90%以上，COD去除率也能達(dá)到60%左右。

對(duì)于COD很高或者出水要求較高的印染，單純的用鐵炭微電解工藝處理并不能達(dá)到出水要求，常使之與其他的高級(jí)氧化處理工藝相結(jié)合，作為生物處理的預(yù)處理。對(duì)原水COD為11000mg/L, pH為6，色度為8000倍的印染廢水采用鐵炭微電解法進(jìn)行預(yù)處理，當(dāng)鐵粉粒徑為18目，焦炭粒徑為2～4mm，鐵粉和焦炭比為1：1，水里停留時(shí)間為60～90min時(shí)，脫色率達(dá)到了90%以上，BOD/ COD 值從原來的0.23 提高到0. 59，大大提高了后續(xù)生物處理的COD去除率。

2.2、在造紙廢水處理中的應(yīng)用

造紙廢水主要來源于制漿過程中的蒸煮、清洗、篩分、漂白。廢水中含有大量的木質(zhì)素等難以生物降解的物質(zhì)，許多的造紙企業(yè)在經(jīng)過一級(jí)物化、二級(jí)生化處理后出水的CODCr、色度等各項(xiàng)排放指標(biāo)都不能達(dá)到國家造紙工業(yè)水污染物排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)用白腐菌-厭氧-好氧生物法處理造紙黑液的出水色度過高，而COD也不能達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，利用鐵炭微電解反應(yīng)柱對(duì)出水進(jìn)行脫色與去除COD的研究，發(fā)現(xiàn)在常溫下，鐵炭質(zhì)量比2:1，初始pH值4.5~5.5 之間，反應(yīng)時(shí)間為30~40min，終色度與COD 的去除率分別達(dá)到94.2%與68.9%，出水達(dá)到了行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。

采用強(qiáng)化的鐵炭微電解對(duì)制漿造紙二級(jí)出水進(jìn)行深度處理，在鐵炭微電解反應(yīng)體系中加入適量的H2O2，使電解產(chǎn)生的Fe2+與H2O2形成Fenton試劑，與鐵炭微電解協(xié)同作用，強(qiáng)化微電解反應(yīng)后用Ca(OH)2調(diào)節(jié)出水的pH值至中性，并與電解液中的Fe2+和Fe3+生成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮體，進(jìn)一步網(wǎng)捕水中的CODCr并去除了水中的Fe2+和Fe3以及SO42+等離子，使溶液的色度進(jìn)一步得到改善。研究結(jié)果表明，當(dāng)溶液初始pH 值為3.0 、活性炭投加量8.0g/L、鑄鐵屑40.0g/L 、H2O2 7.17mmol/L 以及反應(yīng)時(shí)間60min, 用Ca(OH)2的投入量為8.0g/L時(shí)，總CODCr和色度去除率分別達(dá)到75%和95%，達(dá)到了國家造紙工業(yè)水污染物排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB3544—2001）。

2.3、在焦化廢水處理中的應(yīng)用

目前我國對(duì)焦化廢水主要的處理工藝主要是A/O和A-A/O工藝，但是由于出水中含有高濃度的氨氮、高毒性的CN和以及難以生物降解的有機(jī)物等，對(duì)微生物均有抑制作用。因此，有人利用微電解技術(shù)對(duì)A2/O進(jìn)水或者出水分別進(jìn)行預(yù)處理和深度處理，后使出水達(dá)到了*排放標(biāo)準(zhǔn)。利用鐵炭微電解和Fenton試劑聯(lián)合氧化法對(duì)焦化廢水進(jìn)行預(yù)處理的試驗(yàn)研究，通過單因素實(shí)驗(yàn)法確定了工藝條件，在鐵炭比為4，用量分別為300mg/L和75mg/L，H2O2的用量為1000mg/L，pH值為3，反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí),COD、NH3-N和CN-的去除率分別為61.2%、74%、56.2%和74.3%。B/C比由0.189提高到0.387，大大降低了后續(xù)生物處理的有機(jī)負(fù)荷并提高了生物處理的效率。

2.4、在制藥廢水處理中的應(yīng)用

目前，制藥廢水處理面臨的主要問題是污染物種類多、濃度高且成分復(fù)雜,沖擊負(fù)荷大，部分廢水中抗生素的存在抑制生化處理時(shí)微生物的生長(zhǎng)，可生化性差，色度高等特點(diǎn)。

工程實(shí)踐表明，鐵炭微電解法對(duì)各種成分的制藥廢水COD、色度都具有較好的去除效果，同時(shí)B/C有所提高。

2.5、在其他廢水處理中的應(yīng)用

除上述的之外，還有學(xué)者對(duì)含油廢水、垃圾滲濾液、高鹽度廢水等利用鐵炭微電解法進(jìn)行處理，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行研究和探討。

PCB絡(luò)合廢水與鐵炭微電解工藝

印制電路板（PCB）廢水水量大，廢水污染物種類多，成分復(fù)雜，含多種絡(luò)合劑（螯合劑）如氨、EDTA、酒石酸根等，與銅等重金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，嚴(yán)重影響銅等重金屬的處理，處理難度大。就PCB絡(luò)合廢水處理而言，絡(luò)合物的破除成為銅等重金屬去除的關(guān)鍵。

1、 利用鐵炭微電解法處理PCB絡(luò)合廢水原理：

絡(luò)合重金屬廢水在微電解反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生微電解反應(yīng)和置換反應(yīng)：

陽極(Fe): Fe- 2e→ Fe2+

陰極(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2

一方面，微電解反應(yīng)產(chǎn)生新生態(tài)的氫和亞鐵，能與水中的許多物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)，使其失去或降低與銅等重金屬的絡(luò)合能力，同時(shí)新生的Fe（OH）2與Fe（OH）3具有較高的絮凝、吸附活性，能吸附水中的分散小顆粒及有機(jī)分子而絮凝沉降下來，使廢水進(jìn)一步凈化。另一方面，鐵能與廢水中的銅進(jìn)行置換反應(yīng)，鐵把絡(luò)合銅中的銅置換出單質(zhì)銅。

2、 典型工藝流程

鐵炭微電解法具有適用范圍廣，處理效果好，適用壽命長(zhǎng)，成本低廉，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，已在PCB絡(luò)合廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。