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(guān)于鐵炭微電解的簡(jiǎn)介及區(qū)分方法

　　1、什么是鐵炭微電解：

　　是指鐵和炭在電解質(zhì)溶液中自發(fā)產(chǎn)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(méi)在酸性廢水中時(shí)，由于鐵和炭之間的電極電位差(0.9～17V)，廢水中會(huì)形成無(wú)數(shù)個(gè)微原電池。這些微電池是以電位低的鐵成為陽(yáng)極,電位高的炭做陰極,在含有酸性電解質(zhì)的水溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。在應(yīng)中產(chǎn)生的大量初生態(tài)的Fe2+和新生態(tài)的[?H]，它們具有極高化學(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。

　　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(nèi)，高溫?zé)�結(jié)的鐵炭微電解填料的年消耗量在10%～15%(個(gè)別廠家會(huì)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(yīng)原理的，所以這種填料對(duì)廢水處理的主要原理是通過(guò)鐵炭中活性炭的吸附，不是通過(guò)真正的微電解反應(yīng)原理達(dá)到處理效果)。

　　3、鐵炭微電解工藝優(yōu)點(diǎn)：

　　適用范圍廣，處理效果好，成本低，操作維護(hù)方便，不需要消耗電力資源，反應(yīng)速度快，處理效果穩(wěn)定，不會(huì)造成二次污染，提高廢水的可生化性，可以達(dá)到化學(xué)沉淀除磷，可以通過(guò)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(yùn)用的行業(yè)有：化工、制藥、染料、顏料、橡膠助劑、酚醛樹(shù)脂、電鍍、線路板、垃圾滲濾液、印染、煤化工等。

　　4、反應(yīng)過(guò)程中鐵和炭去哪里了：

　　在高溫?zé)�結(jié)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(jì)結(jié)構(gòu)的形式存在，反應(yīng)中鐵變?yōu)槎�價(jià)鐵離子存在于廢水中，通過(guò)后續(xù)的絮凝而沉淀出來(lái);炭隨著鐵的溶解不斷的脫落，脫落后的極其細(xì)小炭粒會(huì)吸附著污染物質(zhì)進(jìn)入沉淀池經(jīng)絮凝沉淀。

　　5、什么是高溫?zé)�結(jié)的鐵炭微電解填料：

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

　　6、如何區(qū)分鐵炭微電解填料是否是高溫?zé)�結(jié)：

　　通過(guò)摔打或進(jìn)行相關(guān)測(cè)試：高溫?zé)�結(jié)微電解填料不易敲碎。非高溫?zé)�結(jié)微電解填料非常容易敲碎，甚至一摔就碎。

　　孔隙率檢測(cè)，可扔到水中看氣泡的產(chǎn)生量：高溫?zé)�結(jié)微電解填料有真正的孔隙率，且孔隙率達(dá)到65%，扔進(jìn)水中后，氣泡量大、均勻、持久;單位填料處理污水能力強(qiáng)。非高溫?zé)�結(jié)微電解填料幾乎沒(méi)有孔隙率，扔進(jìn)水中后，幾乎沒(méi)有氣泡量;單位填料處理污水能力弱。

　　是否是真正的合金結(jié)構(gòu)：用砂紙打磨填料或是用模切機(jī)將填料切開(kāi)后，高溫?zé)�結(jié)的鐵炭微電解填料有明顯的金屬關(guān)澤，是真正的合金結(jié)構(gòu)。非高溫?zé)�結(jié)鐵炭微電解填料經(jīng)過(guò)打磨或是模切，每天合金結(jié)構(gòu)的金屬光澤，出現(xiàn)鐵炭分離的情況。

　　7、為何要選用高溫?zé)�結(jié)的鐵炭微電解填料：

　　選用高溫?zé)�結(jié)的鐵炭微電解填料是保證微電解工藝正常運(yùn)行的關(guān)鍵。高溫?zé)�結(jié)的鐵炭微電解填料在使用過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)板結(jié)、鈍化的情況，其1000kg/cm2的物理強(qiáng)度足以承受20m水柱壓力及酸性廢水對(duì)填料的侵蝕，不會(huì)出現(xiàn)非高溫?zé)�結(jié)鐵炭填料的在水柱壓力及酸性廢水的侵蝕而出現(xiàn)的粉碎、鈍化、板結(jié)的情況，因此必須選用高溫?zé)�結(jié)的鐵炭微電解填料。

　　8、高溫?zé)�結(jié)的鐵炭微電解填料為何不需要更換：

　　鐵和炭是同時(shí)消耗的，填料中鐵和炭的比例沒(méi)有改變，因此在反應(yīng)過(guò)程中填料的消耗只是量的改變，而不是質(zhì)變。所以隨著填料的消耗只需要添加新填料就可以了。在進(jìn)水PH3～4的情況下，高溫?zé)�結(jié)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(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　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(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)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(kāi)，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。

　　鐵炭原電池反應(yīng)：

　　陽(yáng)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(kāi)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(wèn)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。

　　2、 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最初就是應(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(lái)源于染料及染整添加劑，近年來(lái)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(guò)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(lái)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(lái)源于制漿過(guò)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(guò)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(guó)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(guò)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，最終色度與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(guó)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(guó)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，最后使出水達(dá)到了國(guó)家一級(jí)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(guò)單因素實(shí)驗(yàn)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(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(wèn)題是污染物種類(lèi)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。

　　三、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(lèi)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?gòu)U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(yáng)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(lái)，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。

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