鐵碳微電解

反應的結果是鐵受到腐蝕變成二價的鐵離子進入溶液。由於鐵離子有混凝作用,它與污染物中帶微弱負電荷的微粒異性相吸,形成比較穩定的絮凝物(也叫鐵泥)而去除，為了增加電位差，促進鐵離子的釋放,在鐵-碳牀中加入一定比例銅粉或鉛粉。其中電位低的鐵成為陽極，電位高的碳成為陰極，在酸性充氧條件下發生電化學反應，其反應過程如下：

陽極(Fe): Fe- 2e→ Fe²⁺,

陰極(C) : 2H⁺+2e→ 2[H]→H₂,

反應中，產生的了初生態的Fe²⁺和原子H，它們具有高化學活性,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。

若有曝氣，即充氧和防止鐵屑板結。還會發生下面的反應：

O₂+ 4H⁺ +4e→2H₂O；

O₂+ 2H₂O+ 4e→4OH^－；

4Fe²⁺ +O₂+4H⁺→2H₂O+ 4Fe³⁺。

反應中生成的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,從而增強對廢水的淨化效果。

電化學反應的氧化還原。

鐵屑對絮體的電附集和對反應的催化作用。電池反應產物的混凝，新生絮體的吸附和牀層的過濾等作用的綜合效應的結果。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，當將其浸入電解質溶液中時,由於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，陽極反應生成大量的Fe²⁺進入廢水,進而氧化成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。

當廢水與鐵碳接觸後發生如下電化學反應:

陽極:Fe-2e—→Fe Eo(Fe/Fe)=0.4

陰極:2H⁺+2e—→H₂ Eo(H+/H₂)=0V

當有氧存在時,陰極反應如下:

O₂+4H⁺+4e—→2H₂O Eo(O₂)=1.23V

O₂+2H₂O+4e—→4OH^- Eo(O₂/OH^-)=0.41V

有試驗在鐵碳反應後加H₂O₂，陽極反應生成的Fe²⁺可作為後續催化氧化處理的催化劑,即Fe²⁺與H₂O₂構成Fenton試劑氧化體系。陰極反應生成的新生態[H]能與廢水中許多組分發生氧化還原反應,破壞染料中間體分子中的髮色基團(如偶氮基團),使其脱色。通過鐵碳曝氣反應,消耗了大量的氫離子,使廢水的pH值升高,為後續催化氧化處理創造了條件。

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,它具有極強的氧化能力,特別適用於難降解有機廢水的治理。Fenton試劑之所以具有極強的氧化能力,是由於HO被Fe催化分解產生-OH(羥基自由基)。

生化性能改善和色度去除的機理

微電解對色度去除有明顯的效果。這是由於電極反應產生的新生態二價鐵離子具有較強的還原能力,可使某些有機物的髮色基團硝基—NO₂ 、亞硝基—NO 還原成胺基—NH₂ ,另胺基類有機物的可生化性也明顯高於硝基類有機物;新生態的二價鐵離子也可使某些不飽和髮色基團(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的雙鍵打開,使髮色基團破壞而除去色度,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澱,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淨化。

微電解處理廢水自誕生以來，便引起國內外環保研究學者的關注，並進行了大量的研究!已有很多專利和實用技術成果。微電解處理工業廢水發展十分迅速，現已用於印染、電鍍、石油化工、製藥、煤氣洗滌、印刷電路板生產等工業廢水及含砷、含氟廢水的處理工程，並收到了良好的經濟效益和環保效果。微電解工藝對廢水的脱色有良好處理的效果，且以廢治廢，運行費用低，因此在我國將具有良好的工業應用前景。

國內外微電解設備均是固定牀，其特點是結構簡單，推流性好，但存在不少實用性問題：一是效率不高，反應速度不快；二是牀體易板結，造成短路和死區；三是鐵屑補充勞動強度大。

內電解法處理工業廢水中存在的問題

內電解法對不同結構，不同性質的染料的作用機理各異，需進一步探討脱色降污作用機理及最佳處理工藝。根據各類染料的特點，尤其處理高濃度廢水時，需找出與混凝法、生化法、曝氣氧化法等配合的適宜工藝，有效克服該法去除率偏低的缺點。

在解決酸性廢水電化腐燭速率高而中性偏酸廢水電極吸附及新生鐵離子水解、絮凝效果好這矛盾。篩選有效催化劑、助劑使之能在較廣pH範圍內發揮電化腐燭及絮凝吸附最佳效果。尤其是在酸性廢水中，雖脱色率較高，但鐵溶出量大，污泥量亦大。要採取有效措施儘量減少污泥量，減低污泥含水率以避免產生二次污染。 選擇合適的鐵屑活化方法，設計合理的過濾牀，解決鐵屑易鈍化、易結塊從而出現溝流等弊端.提高處理效率。

問題及對策

鐵牀作為一種廢水處理裝置，無論從理論上還是從實踐上來講，都有待進一步完善和改進。在實際運行中，常會出現填料鈍化、板結以及出水“返色”等現象，這是在實際工程中必須妥善解決的問題。

（1）關於填料鈍化問題

鐵牀經過一段時間的運行後，填料表面會形成鈍化膜，廢水中的懸浮顆粒也會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，導致鐵牀處理效果降低。鐵牀的運行週期應通過實際運行確定，一般為20 d左右，浸洗活化時間可採用2-3 h。

（2）關於填料板結問題

鐵牀填料的板結除了導致鐵牀內部廢水流態惡化致使處理效果降低外，還會使填料更換的難度大大增加。

通過在鐵牀填料中加入適當的輔料可以有效避免填料出現板結現象，同時也有利於氣、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。

採用流化牀裝置也能較好地解決鐵牀填料的板結問題。但高的投資費用、運行費用及操作管理要求使此種裝置的應用受到一定限制。

鐵碳內電解柱運行一段時間後,鐵屑易結塊,出現溝流等現象,大大影響了處理效果。吳全義等採用鐵屑高頻結孔技術可有效防止鐵屑結塊現象的發生,但此技術有待進一步的研究和完善。

採用鐵、炭流化牀反應器對染料廢水進行預處理,克服了固定牀鐵炭反應器表面易鈍化、填料易結塊及運行效果隨運行時間的延長而逐步降低的不足。

在對反應器內部結構作適當調整後,可以方便地將傳統的固定牀工藝改造為流化牀工藝。這樣,不僅可提高預處理效果,而且大大方便了設施操作和運行管理。

（3）關於鐵牀出水“返色”問題

一些染料廢水經鐵牀脱色後，在較短時間內出現顏色逐漸加深的現象。關於這種“返色”現象的原因，普遍認同的觀點是:鐵牀填料和廢水反應，破壞了染料分子的髮色或助色基團，但染料分子只是轉變成了無色的小分子有機物，仍舊存在於廢水中，這些小分子有機物具有一定的逆反應趨勢。但通過實驗作者發現，對於一些類型的染料廢水，當中和沉降pH值為8-8 . 5時，這種“返色”現象除表現在廢水顏色逐漸加深外，廢水還會逐漸變渾濁，較長時間靜置後，會出現少量較深顏色的沉澱物。經分析，此為Fe (OH)₃沉澱。這種現象很容易解釋:Fe²⁺被氧化成了Fe³⁺，而它們的水解產物Fe(OH )₂和Fe(OH ) ₃的溶度積常數相差1021倍以上。

基於以上分析，作者認為，Fe²⁺未完全去除會在一定程度上加劇這種“返色”現象。因此，解決鐵牀出水“返色”問題，除應考慮在後續處理工藝中徹底脱除髮色母體外，還應在中和沉降時調節pH值至9以上，使Fe²⁺完全沉澱或加入適當的氧化劑(如O₂、H₂O₂和O₃等)使Fe²⁺迅速被氧化成Fe³⁺後以Fe (0H)₃膠體形式析出。

（4）鐵碳法通常是在酸性條件下進行的,但酸性條件下,溶出的鐵屑量大,加鹼中和時產生的沉澱物多,增加了脱水工序的負擔,而且廢渣的處理也成了問題。一般將廢渣送至鍊鐵廠處置或摻合製作建築材料。

1、微電解填料在使用前注意防水防腐蝕，運行一旦通水後應始終有水進行保護，不可長時間曝露在空氣中，以免在空氣中被氧化，影響使用；

2、微電解系統運行過程中應注意合適的曝氣量，不可長時間反覆曝氣；

3、微電解系統不可長時間在鹼性條件下運行；

4、其它注意事項可據微電解反應基礎原理。油脂類廢水必須先隔油。

5、對於一些特殊廢水，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，COD這時會不降反升，對於這種情況，後續採取芬頓工藝作為補充，會起到更好的電解效果。

鐵碳微電解針對有機物濃度大、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；可廣泛應用於印染、化工、電鍍、製漿造紙、製藥、洗毛、農藥、酒精等各類工業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。

-----上述廢水在脱色的同時，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。

-----上述廢水處理水後的BOD/COD值大幅度提高。

⑶ 電鍍廢水；印刷廢水；採礦廢水；其他含有重金屬的廢水。

-----可以從上述廢水中去除重金屬。

⑷ 有機磷農業廢水；有機氯農業廢水。

-----大大提高上述廢水的可生化性，且可除磷，除硫化物。