鐵碳微電解設(shè)備
       鐵碳微電解就是利用金屬腐蝕原理法，形成原電池對(duì)廢水進(jìn)行處理的良好工藝，又稱(chēng)內(nèi)電解法、鐵屑過(guò)濾法等。微電解技術(shù)是目前處理高濃度有機(jī)廢水的一種理想工藝，又稱(chēng)內(nèi)電解法。它是在不通電的情況下,利用填充在廢水中的微電解材料自身產(chǎn)生1.2V電位差對(duì)廢水進(jìn)行電解處理，以達(dá)到降解有機(jī)污染物的目的。

基本概述
       反應(yīng)的結(jié)果是鐵受到腐蝕變成二價(jià)的鐵離子進(jìn)入溶液。由于鐵離子有混凝作用,它與污染物中帶微弱負(fù)電荷的微粒異性相吸,形成比較穩(wěn)定的絮凝物(也叫鐵泥)而去除，為了增加電位差，促進(jìn)鐵離子的釋放,在鐵-碳床中加入一定比例銅粉或鉛粉。其中電位低的鐵成為陽(yáng)極，電位高的碳成為陰極，在酸性充氧條件下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其反  應(yīng)過(guò)程如下：
       陽(yáng)極(Fe): Fe- 2e→ Fe2+,
       陰極(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2,
       反應(yīng)中，產(chǎn)生的了初生態(tài)的Fe2+和原子H，它們具有高化學(xué)活性,能改變廢水中許多有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和特性,使有機(jī)物發(fā)生斷鏈、開(kāi)環(huán)等作用。
       若有曝氣，即充氧和防止鐵屑板結(jié)。還會(huì)發(fā)生下面的反應(yīng)：
       O2+ 4H+ +4e→2H2O；
       O2+ 2H2O+ 4e→4OH－；
       4Fe2+ +O2+4H+→2H2O+ 4Fe3+。
       反應(yīng)中生成的OH－是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐漸水解生成聚合度大的Fe(OH)3膠體絮凝劑,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,從而增強(qiáng)對(duì)廢水的凈化效果。
反應(yīng)原理
電化學(xué)反應(yīng)的氧化還原。
       鐵屑對(duì)絮體的電附集和對(duì)反應(yīng)的催化作用。電池反應(yīng)產(chǎn)物的混凝，新生絮體的吸附和床層的過(guò)濾等作用的綜合效應(yīng)的結(jié)果。其中主要作用是氧化還原和電附集，廢鐵屑的主要成分是鐵和碳，當(dāng)將其浸入電解質(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(wú)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(yáng)極反應(yīng)生成大量的Fe2+進(jìn)入廢水,進(jìn)而氧化成Fe3+,形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑。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)物尤其是印染廢水的色度,提高了廢水的可生化度,且陰極反應(yīng)消耗了大量的H+生成了大量的OH-,這使得廢水的pH值也有所提高。
當(dāng)廢水與鐵碳接觸后發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng):
       陽(yáng)極:Fe-2e—→Fe Eo(Fe/Fe)=0.4
       陰極:2H++2e—→H2 Eo(H+/H2)=0V
當(dāng)有氧存在時(shí),陰極反應(yīng)如下:
       O2+4H++4e—→2H2O Eo(O2)=1.23V
       O2+2H2O+4e—→4OH- Eo(O2/OH-)=0.41V
       有試驗(yàn)在鐵碳反應(yīng)后加H2O2，陽(yáng)極反應(yīng)生成的Fe2+可作為后續(xù)催化氧化處理的催化劑,即Fe2+與H2O2構(gòu)成Fenton試劑氧化體系。陰極反應(yīng)生成的新生態(tài)[H]能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng),破壞染料中間體分子中的發(fā)色基團(tuán)(如偶氮基團(tuán)),使其脫色。通過(guò)鐵碳曝氣反應(yīng),消耗了大量的氫離子,使廢水的pH值升高,為后續(xù)催化氧化處理創(chuàng)造了條件。
       催化氧化原理 向廢水中投加適量的H2O2溶液與廢水中的Fe2+組成試劑,它具有極強(qiáng)的氧化能力,特別適用于難降解有機(jī)廢水的治理。Fenton試劑之所以具有極強(qiáng)的氧化能力,是由于HO被Fe催化分解產(chǎn)生-OH(羥基自由基)。
生化性能改善和色度去除的機(jī)理
       微電解對(duì)色度去除有明顯的效果。這是由于電極反應(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)物的發(fā)色基團(tuán)硝基—NO2 、亞硝基—NO 還原成胺基—NH2 ,另胺基類(lèi)有機(jī)物的可生化性也明顯高于硝基類(lèi)有機(jī)物;新生態(tài)的二價(jià)鐵離子也可使某些不飽和發(fā)色基團(tuán)(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的雙鍵打開(kāi),使發(fā)色基團(tuán)破壞而除去色度,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。
問(wèn)題及對(duì)策
       鐵床作為一種廢水處理裝置，目前無(wú)論從理論上還是從實(shí)踐上來(lái)講，都有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)出現(xiàn)填料鈍化、板結(jié)以及出水“返色”等現(xiàn)象，這是在實(shí)際工程中必須妥善解決的問(wèn)題。
1）關(guān)于填料鈍化問(wèn)題
       鐵床經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，填料表面會(huì)形成鈍化膜，廢水中的懸浮顆粒也會(huì)部分沉積在填料表面上，這樣就阻隔了填料與廢水的有效接觸，導(dǎo)致鐵床處理效果降低。鐵床的運(yùn)行周期應(yīng)通過(guò)實(shí)際運(yùn)行確定，一般為20 d左右，浸洗活化時(shí)間可采用2-3 h。
2）關(guān)于填料板結(jié)問(wèn)題
       鐵床填料的板結(jié)除了導(dǎo)致鐵床內(nèi)部廢水流態(tài)惡化致使處理效果降低外，還會(huì)使填料更換的難度大大增加。
       通過(guò)在鐵床填料中加入適當(dāng)?shù)妮o料可以有效避免填料出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，同時(shí)也有利于氣、液、固硯相充分接觸，提高處理效果。輔料可選用X50聚乙烯多面空心球。
       采用流化床裝置也能較好地解決鐵床填料的板結(jié)問(wèn)題。但高的投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用及操作管理要求使此種裝置的應(yīng)用受到一定限制。
       鐵碳內(nèi)電解柱運(yùn)行一段時(shí)間后,鐵屑易結(jié)塊,出現(xiàn)溝流等現(xiàn)象,大大影響了處理效果。目前吳全義等采用鐵屑高頻結(jié)孔技術(shù)可有效防止鐵屑結(jié)塊現(xiàn)象的發(fā)生,但此技術(shù)有待進(jìn)一步的研究和完善。
       采用鐵、炭流化床反應(yīng)器對(duì)染料廢水進(jìn)行預(yù)處理,克服了固定床鐵炭反應(yīng)器表面易鈍化、填料易結(jié)塊及運(yùn)行效果隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步降低的不足。
       在對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)作適當(dāng)調(diào)整后,可以方便地將傳統(tǒng)的固定床工藝改造為流化床工藝。這樣,不僅可提高預(yù)處理效果,而且大大方便了設(shè)施操作和運(yùn)行管理。
3）關(guān)于鐵床出水“返色”問(wèn)題
       一些染料廢水經(jīng)鐵床脫色后，在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)顏色逐漸加深的現(xiàn)象。關(guān)于這種“返色”現(xiàn)象的原因，普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是:鐵床填料和廢水反應(yīng)，破壞了染料分子的發(fā)色或助色基團(tuán)，但染料分子只是轉(zhuǎn)變成了無(wú)色的小分子有機(jī)物，仍舊存在于廢水中，這些小分子有機(jī)物具有一定的逆反應(yīng)趨勢(shì)。但通過(guò)實(shí)驗(yàn)作者發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一些類(lèi)型的染料廢水，當(dāng)中和沉降pH值為8-8 . 5時(shí)，這種“返色”現(xiàn)象除表現(xiàn)在廢水顏色逐漸加深外，廢水還會(huì)逐漸變渾濁，較長(zhǎng)時(shí)間靜置后，會(huì)出現(xiàn)少量較深顏色的沉淀物。經(jīng)分析，此為Fe (OH)3沉淀。這種現(xiàn)象很容易解釋:Fe2+被氧化成了Fe3+，而它們的水解產(chǎn)物Fe(OH )2和Fe(OH ) 3的溶度積常數(shù)相差1021倍以上。
       基于以上分析，作者認(rèn)為，F(xiàn)e2+未完全去除會(huì)在一定程度上加劇這種“返色”現(xiàn)象。因此，解決鐵床出水“返色”問(wèn)題，除應(yīng)考慮在后續(xù)處理工藝中徹底脫除發(fā)色母體外，還應(yīng)在中和沉降時(shí)調(diào)節(jié)pH值至9以上，使Fe2+完全沉淀或加人適當(dāng)?shù)难趸瘎?如O2、H2O2和O3等)使Fe2+迅速被氧化成Fe3+后以Fe (0H)3膠體形式析出。
4）鐵碳法通常是在酸性條件下進(jìn)行的,但酸性條件下,溶出的鐵屑量大,加堿中和時(shí)產(chǎn)生的沉淀物多,增加了脫水工序的負(fù)擔(dān),而且廢渣的處理也成了問(wèn)題。目前一般將廢渣送至煉鐵廠處置或摻合制作建筑材料。
鐵碳微電解注意事項(xiàng)：
       1、微電解填料在使用前注意防水防腐蝕，運(yùn)行一旦通水后應(yīng)始終有水進(jìn)行保護(hù)，不可長(zhǎng)時(shí)間曝露在空氣中，以免在空氣中被氧化，影響使用；
       2、微電解系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)注意合適的曝氣量，不可長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)曝氣；
       3、微電解系統(tǒng)不可長(zhǎng)時(shí)間在堿性條件下運(yùn)行；
       4、其它注意事項(xiàng)可據(jù)微電解反應(yīng)基礎(chǔ)原理。油脂類(lèi)廢水必須先隔油。
       5、對(duì)于一些特殊廢水，鐵碳微電解工藝僅僅能起到破鏈的作用，即把大分子鏈破解為稍小的小分子鏈物質(zhì)，COD這時(shí)會(huì)不降反升，對(duì)于這種情況，后續(xù)采取芬頓工藝作為補(bǔ)充，會(huì)起到更好的電解效果。
鐵碳微電解應(yīng)用廢水的種類(lèi)：
       鐵碳微電解針對(duì)有機(jī)物濃度大、高毒性、高色度、難生化廢水的處理,可大幅度地降低廢水的色度和COD，提高B/C比值即提高廢水的可生化性；可廣泛應(yīng)用于印染、化工、電鍍、制漿造紙、制藥、洗毛、農(nóng)藥、酒精等各類(lèi)工業(yè)廢水的處理及處理水回用工程。
⑴ 染料、印染廢水；焦化廢水；石油化工廢水；橡膠助劑廢水。
       -----上述廢水在脫色的同時(shí)，處理水中的BOD/COD值顯著提高。
⑵ 石油廢水；皮革廢水；造紙廢水、木材加工廢水。
       -----上述廢水處理水后的BOD/COD值大幅度提高。
⑶ 電鍍廢水；印刷廢水；采礦廢水；其他含有重金屬的廢水。
       -----可以從上述廢水中去除重金屬。
⑷ 有機(jī)磷農(nóng)業(yè)廢水；有機(jī)氯農(nóng)業(yè)廢水。
       -----大大提高上述廢水的可生化性，且可除磷，除硫化物。