什么叫鐵碳微電解
什么是鐵碳微電解:是指鐵和碳在電解液中自發(fā)產(chǎn)生微弱電流，分解廢水中污染物的廢水處理過(guò)程。
當(dāng)鐵屑和碳顆粒浸入酸性廢水中時(shí)，由于鐵和碳之間的電極電位差(0.9 ~ 17V)，在廢水中形成了大量的微細(xì)胞。這些微電池以低電位鐵為陽(yáng)極，高電位碳為陰極，在含有酸性電解質(zhì)的水溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)產(chǎn)生的大量初步生態(tài)Fe2+和新生態(tài)[?H]具有極高的化學(xué)活性，可改變廢水中許多有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和特性，使有機(jī)物打破鏈條、打開(kāi)環(huán)。
鐵碳微電解過(guò)程是氧化、還原、電沉淀、絮凝、吸附、橋接、掃描、共沉淀的綜合過(guò)程。
2。鐵碳微電解的最佳PH范圍是多少?
鐵碳微電解最佳使用PH值范圍是3 ~ 4,在PH值范圍內(nèi),高溫?zé)Y(jié)的鐵碳微電解填料消費(fèi)10% ~ 15%(個(gè)別廠家會(huì)說(shuō)他們包裝5 ~ 7的PH值范圍,它不符合鐵碳微電解反應(yīng)原理,所以這種包裝的主要原則廢水處理的活性炭吸附鐵碳,不通過(guò)真正的微電解反應(yīng)原理來(lái)處理效果)。
3所示。fe碳微電解工藝的優(yōu)點(diǎn):
適用范圍廣,處理效果好,成本低,操作和維護(hù)方便,不需要消耗電力,快速響應(yīng)和穩(wěn)定的治療效果,不造成二次污染,提高廢水可生化、化學(xué)沉淀除磷可以實(shí)現(xiàn),可以通過(guò)減少除重金屬外,還可以用作生物預(yù)處理,有利于解決污泥和生物膜。目前成熟的行業(yè)有:化工、醫(yī)藥、染料、顏料、橡膠、酚醛樹(shù)脂、電鍍、線路板、垃圾滲濾液、印染、煤化工等。
4所示。在反應(yīng)過(guò)程中鐵和碳到哪里去了?
在高溫?zé)Y(jié)鐵碳微電解填料中，鐵和碳不是以大顆粒的形式存在，而是以骨料結(jié)構(gòu)的形式存在。在反應(yīng)過(guò)程中，廢水中存在著鐵轉(zhuǎn)化為二價(jià)鐵離子的過(guò)程，并通過(guò)后續(xù)的絮凝沉淀。當(dāng)鐵溶解時(shí)，極細(xì)的碳顆粒將污染物吸附到沉淀池中，通過(guò)絮凝沉淀。
5。什么是高溫?zé)Y(jié)鐵碳微電解填料:
高溫?zé)Y(jié)鐵碳微電解填料是鐵粉和碳粉、催化劑在高溫(1300℃)熔化合金結(jié)構(gòu)形式的集成,所以體力堅(jiān)固的包裝(600公斤/平方厘米)或更高;框架的微孔結(jié)構(gòu)為微電解反應(yīng)提供了較大的比表面積和均勻的水氣通道，為廢水處理提供了更高的電流密度和更好的催化反應(yīng)效果。
6。如何區(qū)分鐵碳微電解填料是否高溫?zé)Y(jié):
經(jīng)打漿或相關(guān)試驗(yàn):高溫?zé)Y(jié)微電解填料不易斷裂。非高溫?zé)Y(jié)微電解填料很容易斷裂，甚至在跌落時(shí)斷裂。
在水中可以發(fā)現(xiàn)孔隙度檢測(cè)，可以看到氣泡的產(chǎn)生:高溫?zé)Y(jié)的微電解填料具有真實(shí)的孔隙度，孔隙度達(dá)到65%。拋入水中后，氣泡量大、均勻、持久。單元填料具有較強(qiáng)的污水處理能力。摘要非高溫?zé)Y(jié)微電解填料在加入水中后幾乎沒(méi)有氣孔和氣泡。單元填料具有較弱的污水處理能力。純水設(shè)備
無(wú)論是真正的合金結(jié)構(gòu):經(jīng)砂紙打磨后還是用模切機(jī)切割后，高溫?zé)Y(jié)鐵碳微電解填料具有明顯的金屬上光，是真正的合金結(jié)構(gòu)。非高溫?zé)Y(jié)的鐵碳微電解填料經(jīng)拋光或模切后，合金結(jié)構(gòu)的金屬光澤日增，鐵碳分離。
7所示。為什么選擇高燒結(jié)溫度的鐵碳微電解填料:
在高燒結(jié)條件下選擇鐵碳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)Y(jié)的鐵碳微電解填料在使用過(guò)程中不會(huì)變硬,形勢(shì)的鈍化,體力的1000公斤/平方厘米至20米水柱壓力和酸性廢水侵蝕的填充物,不會(huì)出現(xiàn)高溫?zé)Y(jié)鐵碳填充水柱壓力和酸性廢水侵蝕和破碎、鈍化和變硬,因此必須選擇高溫?zé)Y(jié)鐵炭微電解填料。
8。為什么不需要更換高燒結(jié)鐵的碳微電解填料:
鐵和碳是同時(shí)消耗的，鐵和碳在填料中的比例沒(méi)有變化，所以填料在反應(yīng)過(guò)程中的消耗只是數(shù)量的變化，而不是質(zhì)量的變化。所以隨著填充劑的消耗，只需添加新的填充劑。在水PH3 ~ 4的情況下，高燒結(jié)鐵碳微電解填料的年耗量為10% ~ 15%。
2。鐵碳微電解在污水處理中的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀
1。鐵碳微電解機(jī)理
1.1微電解的工作原理:
一般原理:鐵碳微電解是在原電池電化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。當(dāng)鐵和碳浸入電解質(zhì)溶液時(shí)，F(xiàn)e和C之間存在1.2v的電極電位差，從而形成了大量的微電池系統(tǒng)，在它們工作的空間內(nèi)形成電場(chǎng)。新生態(tài)二價(jià)鐵離子產(chǎn)生的陽(yáng)極反應(yīng)有很強(qiáng)的還原能力,這可以減少一些有機(jī)物和開(kāi)放一些不飽和的雙鍵團(tuán)體(如羧基-羧基偶氮- N = N -),從而使一些環(huán)形和長(zhǎng)鏈有機(jī)物難以降解成小分子容易生物降解,提高生物降解能力。此外,二價(jià)和三價(jià)鐵是一個(gè)很好的絮凝劑,特別是新生兒二價(jià)鐵離子有更高的吸附-絮凝活性,調(diào)節(jié)pH值的廢水可以使氫氧化鐵絮狀物,吸附污水中懸浮或姿勢(shì)微粒和有機(jī)高分子膠,可以進(jìn)一步降低廢水的陰影,同時(shí)去除廢水中的有機(jī)污染物的一部分是確保。陰極反應(yīng)產(chǎn)生大量新的生態(tài)[H]和[O]。在微酸性條件下，這些活性組分與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致有機(jī)大分子的斷裂鏈降解，從而消除了有機(jī)廢水的色度，提高了廢水的生物降解性。
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)用純水設(shè)備
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。
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)用純水設(shè)備
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：合肥純水設(shè)備，GMP純化水設(shè)備，醫(yī)用純水設(shè)備，常州純水設(shè)備，南通純水設(shè)備
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、 特點(diǎn)
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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