铁炭微电解高浓度污水处理

一、关于铁炭微电解的简介及区分方法 1、什么是铁炭微电解： 是指铁和炭在电解质溶液中自发产生的微弱电流分解废水中污染物的一 种污水处理工艺。 将铁屑和炭颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和炭之间的电极电位差 （0.9～17V），废水中会形成无数个微原电池。这些微电池是以电位低的铁成 为阳极,电位高的炭做阴极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应。在 应中产生的大量初生态的 Fe2+和新生态的[H]，它们具有极高化学活性,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。 铁炭微电解工艺是集氧化、还原、电沉淀、絮凝、吸附、架桥、卷扫及共 沉淀等多功能于一体。 2、铁炭微电解的最佳使用 PH 范围是多少？ 铁炭微电解的最佳使用 PH 范围是 3～4，在此 PH 范围内，高温烧结的铁 炭微电解填料的年消耗量在 10%～15% （个别厂家会讲他们的填料适用 PH 范 围为 5～7，这是不符合铁炭微电解的反应原理的，所以这种填料对废水处理 的主要原理是通过铁炭中活性炭的吸附， 不是通过真正的微电解反应原理达到 处理效果）。 3、铁炭微电解工艺优点： 适用范围广， 处理效果好， 成本低， 操作维护方便， 不需要消耗电力资源， 反应速度快，处理效果稳定，不会造成二次污染，提高废水的可生化性，可以 达到化学沉淀除磷，可以通过还原除重金属，也可以作为生物处理的前处理， 利于污泥的沉降和生物挂膜。目前成熟运用的行业有：化工、制药、染料、颜 料、橡胶助剂、酚醛树脂、电镀、线路板、垃圾渗滤液、印染、煤化工等。 4、反应过程中铁和炭去哪里了： 在高温烧结的铁炭微电解填料中铁和炭不是以大颗粒形式存在， 而是以合 计结构的形式存在，反应中铁变为二价铁离子存在于废水中，通过后续的絮凝 而沉淀出来；炭随着铁的溶解不断的脱落，脱落后的极其细小炭粒会吸附着污 染物质进入沉淀池经絮凝沉淀。 5、什么是高温烧结的铁炭微电解填料： 高温烧结铁炭微电解填料是铁粉与炭粉、催化剂等组分通过高温（超过 1300℃） 熔炼形成的一体化合金结构， 故填料的物理强度强 （≥600kg/cm2） ； 框架式的微孔结构形式， 为微电解反应提供极大的比表面积及均匀的水气通道， 对废水处理提供了更大的电流密度和更好的催化反应效果。 6、如何区分铁炭微电解填料是否是高温烧结： 通过摔打或进行相关测试：高温烧结微电解填料不易敲碎。非高温烧结微 电解填料非常容易敲碎，甚至一摔就碎。 孔隙率检测，可扔到水中看气泡的产生量：高温烧结微电解填料有真正的 孔隙率，且孔隙率达到 65%，扔进水中后，气泡量大、均匀、持久；单位填 料处理污水能力强。非高温烧结微电解填料几乎没有孔隙率，扔进水中后，几 乎没有气泡量；单位填料处理污水能力弱。 是否是真正的合金结构：用砂纸打磨填料或是用模切机将填料切开后，高 温烧结的铁炭微电解填料有明显的金属关泽，是真正的合金结构。非高温烧结 铁炭微电解填料经过打磨或是模切，每天合金结构的金属光泽，出现铁炭分离 的情况。 7、为何要选用高温烧结的铁炭微电解填料： 选用高温烧结的铁炭微电解填料是保证微电解工艺正常运行的关键。 高温 烧结的铁炭微电解填料在使用过程中不会出现板结、钝化的情况，其 1000kg/cm2 的物理强度足以承受 20m 水柱压力及酸性废水对填料的侵蚀， 不 会出现非高温烧结铁炭填料的在水柱压力及酸性废水的侵蚀而出现的粉碎、 钝 化、板结的情况，因此必须选用高温烧结的铁炭微电解填料。 8、高温烧结的铁炭微电解填料为何不需要更换： 铁和炭是同时消耗的，填料中铁和炭的比例没有改变，因此在反应过程中 填料的消耗只是量的改变，而不是质变。所以随着填料的消耗只需要添加新填 料就可以了。在进水 PH3～4 的情况下，高温烧结的铁炭微电解填料的年消耗 量在 10%～15%。 二、铁炭微电解法在废水处理中的研究进展及应用现状 1、铁炭微电解的作用机理 1.1、微电解工作原理： 一般原理：铁炭微电解是基于电化学中的原电池反应。当铁和炭浸入电解 质溶液中时，由于 Fe 和 C 之间存在 1.2V 的电极电位差，因而会形成无数的 微电池系统,在其作用空间构成一个电场。阳极反应产生的新生态二价铁离子 具有较强的还原能力，可使某些有机物还原，也可使某些不饱和基团(如羧基 —COOH、偶氮基-N＝N-)的双键打开，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 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。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下， 这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应， 使有机大分子发生 断链降解，从而消除了有机废水的色度，提高了废水的可生化性。 铁炭原电池反应： 阳极：Fe - 2e → Fe2+ E (Fe/Fe2+) = 0.44V 阴极：2H+ + 2e → H2 E (H+/H2) = 0.00V 当有氧存在时,阴极反应如下： O2 + 4H+ + 4e → 2H2O E (O2) = 1.23V O2 + 2H2O + 4e → 4OH-E (O2/OH-) = 0.41V 1.2、一般微电解反应为：铁原子与炭原子是紧挨着或分开而形成原电池 反应。这种铁炭接触不利于电子的转移，电荷效率较低，因此废水中有机物的 去除效率一般也较低。同时当铁炭一旦分层将更不利于有机物的去除。 1.3、铁炭包容式微电解反应为：铁原子与炭原子是相互包容组成架构而 形成的原电池反应。这种铁炭接触不存在铁与炭的分层问题，因此更有利于电 子的转移，电荷效率较高，废水中有机物的去除效率也较高。 2、 铁炭微电解技术在废水处理中的应用进展 2.1、在印染废水处理中的应用 铁炭微电解技术作为一种新的废水处理手段最初就是应用于印染废 水的处理，并取得良好的效果。印染废水中的有机污染物主要来源于染料及染 整添加剂， 近年来由于印染技术的不断进步和有机合成染料新产品的不断出现， 使得印染废水具有 pH 低,色泽深,毒性大,生物可降解性差等特点。因此，铁炭 微电解用于印染废水的处理体现出了其他工艺不可比拟的优势。 经过试验分别对色度 300 倍，COD 为 602mg/L，pH 为 9.76 和色度 700 倍，COD 为 1223mg/L，pH 为 5.76 的两种不同的印染废水进行处理， 研究发现，当铁炭体积比为 1：1，pH 为 3.0 左右，反应时间 20～30 min 时， 对色度的去除率能够达到 95%以上，同时 COD 的去除率能也能够达到 60~70%。 用铁炭微电解法对印染废水进行处理，结果表明 pH 为 3，接触时间 20～30 min，色度的去除率都能达到 90%以上，COD 去除率也能达到 60%左 右。 对于 COD 很高或者出水要求较高的印染，单纯的用铁炭微电解工艺 处理并不能达到出水要求，常使之与其他的高级氧化处理工艺相结合，作为生 物处理的预处理。对原