仁源水處理材料鐵炭微電解填料高濃度污水處理

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　　一、關于鐵炭微電解的簡介及區分方法

　　1、什么是鐵炭微電解：

　　是指鐵和炭在電解質溶液中自發產生的微弱電流分解廢水中污染物的一種污水處理工藝。

　　將鐵屑和炭顆粒浸沒在酸性廢水中時，由于鐵和炭之間的電極電位差(0.9～17V)，廢水中會形成無數個微原電池。這些微電池是以電位低的鐵成為陽極,電位高的炭做陰極,在含有酸性電解質的水溶液中發生電化學反應。在應中產生的大量初生態的Fe2+和新生態的[?H]，它們具有極高化學活性,能改變廢水中許多有機物的結構和特性,使有機物發生斷鏈、開環等作用。

　　鐵炭微電解工藝是集氧化、還原、電沉淀、絮凝、吸附、架橋、卷掃及共沉淀等多功能于一體。

　　2、鐵炭微電解的最佳使用PH范圍是多少?

　　鐵炭微電解的最佳使用PH范圍是3～4，在此PH范圍內，高溫燒結的鐵炭微電解填料的年消耗量在10%～15%(個別廠家會講他們的填料適用PH范圍為5～7，這是不符合鐵炭微電解的反應原理的，所以這種填料對廢水處理的主要原理是通過鐵炭中活性炭的吸附，不是通過真正的微電解反應原理達到處理效果)。

　　3、鐵炭微電解工藝優點：

　　適用范圍廣，處理效果好，成本低，操作維護方便，不需要消耗電力資源，反應速度快，處理效果穩定，不會造成二次污染，提高廢水的可生化性，可以達到化學沉淀除磷，可以通過還原除重金屬，也可以作為生物處理的前處理，利于污泥的沉降和生物掛膜。目前成熟運用的行業有：化工、制藥、染料、顏料、橡膠助劑、酚醛樹脂、電鍍、線路板、垃圾滲濾液、印染、煤化工等。

　　4、反應過程中鐵和炭去哪里了：

　　在高溫燒結的鐵炭微電解填料中鐵和炭不是以大顆粒形式存在，而是以合計結構的形式存在，反應中鐵變為二價鐵離子存在于廢水中，通過后續的絮凝而沉淀出來;炭隨著鐵的溶解不斷的脫落，脫落后的極其細小炭粒會吸附著污染物質進入沉淀池經絮凝沉淀。

　　5、什么是高溫燒結的鐵炭微電解填料：

　　高溫燒結鐵炭微電解填料是鐵粉與炭粉、催化劑等組分通過高溫(超過1300℃)熔煉形成的一體化合金結構，故填料的物理強度強(≥600kg/cm2);框架式的微孔結構形式，為微電解反應提供極大的比表面積及均勻的水氣通道，對廢水處理提供了更大的電流密度和更好的催化反應效果。

　　6、如何區分鐵炭微電解填料是否是高溫燒結：

　　通過摔打或進行相關測試：高溫燒結微電解填料不易敲碎。非高溫燒結微電解填料非常容易敲碎，甚至一摔就碎。

　　孔隙率檢測，可扔到水中看氣泡的產生量：高溫燒結微電解填料有真正的孔隙率，且孔隙率達到65%，扔進水中后，氣泡量大、均勻、持久;單位填料處理污水能力強。非高溫燒結微電解填料幾乎沒有孔隙率，扔進水中后，幾乎沒有氣泡量;單位填料處理污水能力弱。

　　是否是真正的合金結構：用砂紙打磨填料或是用模切機將填料切開后，高溫燒結的鐵炭微電解填料有明顯的金屬關澤，是真正的合金結構。非高溫燒結鐵炭微電解填料經過打磨或是模切，每天合金結構的金屬光澤，出現鐵炭分離的情況。

　　7、為何要選用高溫燒結的鐵炭微電解填料：

　　選用高溫燒結的鐵炭微電解填料是保證微電解工藝正常運行的關鍵。高溫燒結的鐵炭微電解填料在使用過程中不會出現板結、鈍化的情況，其1000kg/cm2的物理強度足以承受20m水柱壓力及酸性廢水對填料的侵蝕，不會出現非高溫燒結鐵炭填料的在水柱壓力及酸性廢水的侵蝕而出現的粉碎、鈍化、板結的情況，因此必須選用高溫燒結的鐵炭微電解填料。

　　8、高溫燒結的鐵炭微電解填料為何不需要更換：

　　鐵和炭是同時消耗的，填料中鐵和炭的比例沒有改變，因此在反應過程中填料的消耗只是量的改變，而不是質變。所以隨著填料的消耗只需要添加新填料就可以了。在進水PH3～4的情況下，高溫燒結的鐵炭微電解填料的年消耗量在10%～15%。

　　二、鐵炭微電解法在廢水處理中的研究進展及應用現狀

　　1、鐵炭微電解的作用機理

　　1.1、微電解工作原理：

　　一般原理：鐵炭微電解是基于電化學中的原電池反應。當鐵和炭浸入電解質溶液中時，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，因而會形成無數的微電池系統,在其作用空間構成一個電場。陽極反應產生的新生態二價鐵離子具有較強的還原能力，可使某些有機物還原，也可使某些不飽和基團(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-)的雙鍵打開，使部分難降解環狀和長鏈有機物分解成易生物降解的小分子有機物而提高可生化性。此外，二價和三價鐵離子是良好的絮凝劑，特別是新生的二價鐵離子具有更高的吸附-絮凝活性，調節廢水的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的微小顆粒及有機高分子，可進一步降低廢水的色度，同時去除部分有機污染物質使廢水得到凈化。陰極反應產生大量新生態的[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生氧化還原反應，使有機大分子發生斷鏈降解，從而消除了有機廢水的色度，提高了廢水的可生化性。

　　鐵炭原電池反應：

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

　　陰極：2H+ + 2e → H2 E (H+/H2) = 0.00V

　　當有氧存在時,陰極反應如下：

　　O2 + 4H+ + 4e → 2H2O E (O2) = 1.23V

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

　　1.2、一般微電解反應為：鐵原子與炭原子是緊挨著或分開而形成原電池反應。這種鐵炭接觸不利于電子的轉移，電荷效率較低，因此廢水中有機物的去除效率一般也較低。同時當鐵炭一旦分層將更不利于有機物的去除。

　　1.3、鐵炭包容式微電解反應為：鐵原子與炭原子是相互包容組成架構而形成的原電池反應。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移，電荷效率較高，廢水中有機物的去除效率也較高。

　　2、 鐵炭微電解技術在廢水處理中的應用進展

　　2.1、在印染廢水處理中的應用

　　鐵炭微電解技術作為一種新的廢水處理手段最初就是應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的不斷進步和有機合成染料新產品的不斷出現，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。因此，鐵炭微電解用于印染廢水的處理體現出了其他工藝不可比擬的優勢。

　　經過試驗分別對色度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行處理，研究發現，當鐵炭體積比為1：1，pH為3.0左右，反應時間20～30 min時，對色度的去除率能夠達到95%以上，同時COD的去除率能也能夠達到60~70%。

　　用鐵炭微電解法對印染廢水進行處理，結果表明pH為3，接觸時間20～30 min，色度的去除率都能達到90%以上，COD去除率也能達到60%左右。

　　對于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到出水要求，常使之與其他的高級氧化處理工藝相結合，作為生物處理的預處理。對原水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行預處理，當鐵粉粒徑為18目，焦炭粒徑為2～4mm，鐵粉和焦炭比為1：1，水里停留時間為60～90min時，脫色率達到了90%以上，BOD/ COD 值從原來的0.23 提高到0. 59，大大提高了后續生物處理的COD去除率。

　　2.2、在造紙廢水處理中的應用

　　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素等難以生物降解的物質，許多的造紙企業在經過一級物化、二級生化處理后出水的CODCr、色度等各項排放指標都不能達到國家造紙工業水污染物排放一級標準。

　　針對用白腐菌-厭氧-好氧生物法處理造紙黑液的出水色度過高，而COD也不能達標的現象，利用鐵炭微電解反應柱對出水進行脫色與去除COD的研究，發現在常溫下，鐵炭質量比2:1，初始pH值4.5~5.5 之間，反應時間為30~40min，最終色度與COD 的去除率分別達到94.2%與68.9%，出水達到了行業排放標準。

　　采用強化的鐵炭微電解對制漿造紙二級出水進行深度處理，在鐵炭微電解反應體系中加入適量的H2O2，使電解產生的Fe2+與H2O2形成Fenton試劑，與鐵炭微電解協同作用，強化微電解反應后用Ca(OH)2調節出水的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，進一步網捕水中的CODCr并去除了水中的Fe2+和Fe3以及SO42+等離子，使溶液的色度進一步得到改善。研究結果表明，當溶液初始pH 值為3.0 、活性炭投加量8.0g/L、鑄鐵屑40.0g/L 、H2O2 7.17mmol/L 以及反應時間60min, 用Ca(OH)2的投入量為8.0g/L時，總CODCr和色度去除率分別達到75%和95%，達到了國家造紙工業水污染物排放一級標準(GB3544—2001)。

　　2.3、在焦化廢水處理中的應用

　　目前我國對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物等，對微生物均有抑制作用。因此，有人利用微電解技術對A2/O進水或者出水分別進行預處理和深度處理，最后使出水達到了國家一級排放標準。利用鐵炭微電解和Fenton試劑聯合氧化法對焦化廢水進行預處理的試驗研究，通過單因素實驗法確定了最佳工藝條件，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，反應時間為20min時,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，大大降低了后續生物處理的有機負荷并提高了生物處理的效率。

　　2.4、在制藥廢水處理中的應用

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

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

　　2.5、在其他廢水處理中的應用

　　除上述的之外，還有學者對含油廢水、垃圾滲濾液、高鹽度廢水等利用鐵炭微電解法進行處理，并對結果進行研究和探討。

　　三、PCB絡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，成分復雜，含多種絡合劑(螯合劑)如氨、EDTA、酒石酸根等，與銅等重金屬離子形成穩定的絡合物，嚴重影響銅等重金屬的處理，處理難度大。就PCB絡合廢水處理而言，絡合物的破除成為銅等重金屬去除的關鍵。

　　1、 利用鐵炭微電解法處理PCB絡合廢水原理：絡合重金屬廢水在微電解反應器內發生微電解反應和置換反應：

　　陽極(Fe): Fe- 2e→ Fe2+

　　陰極(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2

　　一方面，微電解反應產生新生態的氫和亞鐵，能與水中的許多物質發生氧化還原反應，破壞絡合物的結構，使其失去或降低與銅等重金屬的絡合能力，同時新生的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分子而絮凝沉降下來，使廢水進一步凈化。另一方面，鐵能與廢水中的銅進行置換反應，鐵把絡合銅中的銅置換出單質銅。

　　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，成本低廉，操作方便等優點，已在PCB絡合廢水處理中得到廣泛應用。

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