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废水处理之铁碳微电解技术解析

1、铁碳微电解法概述

       铁屑(较多使用铸铁屑)为铁-碳合金,当浸没在废水溶液中时,就构成一个完整的微电池回路,形成一种内部电解反应,这就是微电解。而在铸铁屑中再加入惰性碳(如石墨、焦炭、活性炭、煤等)颗粒时,铁屑与炭粒接触,形成的大原电池即为铁碳微电解法。

2、技术原理

       铁碳微电解技术主要利用了铁的还原性、铁的电化学性、铁离子的絮凝吸附三者共同作用来净化废水。

       铁碳微电解工艺的电解材料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭,当材料浸没在工业废水(例如焦化废水、电镀废水)中时,发生内部和外部两方面的电解反应。一方面铸铁中含有微量的碳化铁,碳化铁和纯铁存在明显的氧化还原电势差,这样在铸铁屑内部就形成了许多细微的原电池,纯铁作为原电池的阳极,碳化铁作为原电池的阴极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应,使铁变为二价铁离子进入溶液。此外,铸铁屑和其周围的炭粉又形成了较大的原电池,因此在利用微电解进行废水处理的过程实际上是内部和外部双重电解的过程,或者称之为存在微观和宏观的原电池反应。另外,为了增加电位差,促进铁离子的释放,也可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→H2E(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→2H2OE(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、凝聚水中的悬浮物及重金属离子,且吸附性能远远高于一般的Fe(OH)3,从而增强对废水的净化效果。

3、工艺流程

       铁碳电极反应需要在酸性条件下进行反应才能达到较好的效果,因此在反应之前需要将废水pH值调至3~4,反应结束后pH值为5.7左右,一般的为了除去废水中存在的Fe2+和Fe3+需要加碱将出水pH值调至弱碱性。

4、工艺特点

  • 反应速度快。填料采用微孔活化技术,比表面积大,同时配加催化剂,对废水处理提供了更大的电流密度和更好的微电解反应效果,反应速率快,一般工业废水只需要30-60分钟,长期运行稳定有效。
  • 作用污染物范围广。微电解处理方法可以达到化学沉淀除磷的效果,还可以通过还原除重金属。对含有偶氟、碳双键、硝基、卤代基结构的难除降解有机物质等都有很好的降解效果。
  • 操作方便,规整的微电解填料使用寿命长,且操作维护方便,处理过程中只消耗少量的微电解填料,只需定期添加即可,无需更换,进而大大降低了维护劳动强度。
  • 减少二次污染。废水经微电解处理后会在水中形成原生态的亚铁或铁离子,具有比普通混凝剂更好的混凝作用,无需再加铁盐等混凝剂。COD去除率高,并且不会对水造成二次污染。
  • 应用方式多样。该产品还可应用于已建成未达标的高浓度有机废水处理工程,用于废水的预处理,可确保废水处理后稳定达标排放,也可将生产废水中浓度较高的部分废水单独引出进行微电解处理。

5、存在的问题

  • 铁屑结块和表面钝化问题:运用该技术进行废水处理长时间运行后会有机物在铁电极上沉积,形成一层钝化膜,阻碍了铁电极与碳形成稳定的原电池。此外,铁碳填料容易板结,阻碍了废水与填料的有效接触,形成短流,从而降低了废水的处理效果。
  • 出水返色问题:由于铁屑被氧化成Fe2+离子,又生成Fe3+,它们的水解产物Fe(OH)2和Fe(OH)3是造成返色现象的主要原因,并且末完全去除的Fe2+会在一定程度上会加剧这种“返色”现象。
  • 产生铁泥:这个好处理,可以送往炼铁厂或者掺合制作建筑材料。

6、适用废水的种类

1.染料、印染废水;焦化废水;石油化工废水;

——上述废水在脱色的同时,处理水中的BOD/COD值显著提高。

2.石油废水;皮革废水;造纸废水、木材加工废水;

——上述废水处理水后的BOD/COD值大幅度提高。

3.电镀废水;印刷废水;采矿废水;其他含有重金属的废水;

——可以从上述废水中去除重金属。

4.有机磷农业废水;有机氯农业废水;

——大大提高上述废水的可生化性,且可除磷,除硫化物

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