微電解填料的反應(yīng)原理

• 發(fā)表時間：2020-09-15 15:26:05

微電解填料

電化學(xué)氧化還原。

鐵顆粒對絮體的電附集及催化反應(yīng)。細(xì)胞反應(yīng)產(chǎn)物的凝結(jié)、新生絮體的吸附、床層的過濾等綜合效應(yīng)的結(jié)果。廢鐵屑的主要成分是鐵和碳，當(dāng)將廢鐵屑浸入電解液中時，由于Fe與C之間有1.2V的電極電位差，就會形成數(shù)不清的微電池系統(tǒng)，在其作用空間內(nèi)形成一個電場，通過陽極反應(yīng)產(chǎn)生大量的Fe2+進(jìn)入廢水，然后被氧化成Fe3+，從而形成吸附絮凝活性高的絮凝劑。陰極反應(yīng)可產(chǎn)生大量新生態(tài)的[H]和[O]，在酸性條件下，這些活性成分均可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，從而消除有機(jī)物，特別是印染廢水的色度，提高廢水的可生化度，同時陰極反應(yīng)還可消耗大量的H+，產(chǎn)生大量的OH-，使廢水的pH值增加。

污水與鐵碳接觸后發(fā)生了如下電化學(xué)反應(yīng)：

正極：Fe-2e→FeEo(Fe/Fe)=0.4。

陰極：2H++2e—→H2Eo(H+/H2)=0V。

在有氧的情況下，陰極反應(yīng)如下：

O2+4H++4e—→2H2OEo(O2)=1。

O2+2H2O+4e—→4OH-Eo(O2/OH-)=1。

在鐵碳反應(yīng)后加入H2O2，陽極反應(yīng)生成的Fe2+可以作為后續(xù)催化氧化處理的催化劑，即Fe2+和H2O2組成Fenton試劑氧化體系。由陰極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)[H]可與廢水中的許多成分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而破壞染料中間體分子中的發(fā)色基(例如偶氮基)，使之脫色。采用鐵碳曝氣法，耗用了大量的氫離子，提高了廢水的酸堿度，為后續(xù)催化氧化處理創(chuàng)造了條件。

采用催化氧化原理，將適量H2O2溶液和Fe2+組成試劑投入廢水中，具有極強(qiáng)的氧化能力，尤其適合處理難降解有機(jī)廢水。芬頓試劑有很強(qiáng)的氧化能力，這是因為氫氧被芬頓催化劑分解產(chǎn)生•OH(羥基自由基)。

提高生物化學(xué)性能和除色機(jī)理。

微電解對色度脫除具有明顯作用。其原因在于，電極反應(yīng)生成的新生態(tài)二價鐵離子具有很強(qiáng)的還原能力，能將某些有機(jī)物的發(fā)色基—NO2，亞硝基—NO還原為胺基—NH2，另一種胺基—NH2的可生化性也明顯高于硝基；新生態(tài)二價鐵離子還能將某些不飽和的發(fā)色基(如羧基—COOH，偶氮基—N=N-)的雙鍵打開，使發(fā)色基被破壞而脫色，使部分難降解環(huán)狀和長鏈有機(jī)物分解為易生物降解的小分子有機(jī)物，從而增加了可生化性。二價和三價鐵離子是優(yōu)良的絮凝劑，尤其是新生的二價鐵離子具有較高的吸附-絮凝活性，通過對廢水pH值的調(diào)節(jié)，可以將鐵離子絮狀沉淀成氫氧化物，吸附在污水懸浮狀態(tài)或膠體狀態(tài)的微粒或有機(jī)高分子，可以進(jìn)一步降低廢水的色度，同時還可以去除部分有機(jī)污染物，使廢水得到凈化。

微電解法處理廢水自誕生以來，就引起了國內(nèi)外環(huán)保研究學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。擁有多項專利和實用技術(shù)。近年來，微電解技術(shù)在工業(yè)廢水處理方面發(fā)展很快，目前已應(yīng)用于印染、電鍍、石油化工、制藥、煤氣洗滌、印刷電路板生產(chǎn)等工業(yè)廢水及含砷、氟廢水的處理，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。采用微電解工藝對廢水進(jìn)行脫色處理效果好，且以廢治廢，運(yùn)行費用低，在我國工業(yè)上有很好的應(yīng)用前景。

當(dāng)前國內(nèi)外的微電解設(shè)備都是固定床，具有結(jié)構(gòu)簡單、推流性好、實用性強(qiáng)等特點，但仍存在許多實用問題：效率不高、反應(yīng)不迅速、床體易產(chǎn)生板結(jié)，造成短路、死區(qū)、鐵屑補(bǔ)充勞動強(qiáng)度大等。

工業(yè)廢水的內(nèi)電解法處理存在的問題。

不同結(jié)構(gòu)、不同性能的染料，其內(nèi)部電解反應(yīng)機(jī)理也不盡相同，降污機(jī)理和處理工藝仍需進(jìn)一步探討。針對各種染料的特性，特別是高濃度廢水的處理，需要尋找適宜的混凝、生化、曝氣氧化等工藝，有效地克服了該法去除率低的缺點。

該方法解決了電化率高的酸性廢水和中性偏酸廢水的電極吸附和新生鐵離子的水解、絮凝的矛盾。通過篩選出的有效催化劑、助劑，使其在較寬的PH范圍內(nèi)起到了良好的電催化和絮凝吸附作用。特別是在酸性廢水中，雖然脫色率較高，但鐵的溶出量和污泥的量都很大。應(yīng)采取有效措施，減少污泥量，降低污泥含水率，避免二次污染的發(fā)生。

選用適當(dāng)?shù)蔫F屑活化方法，設(shè)計合理的過濾床，解決了鐵屑易鈍化、易結(jié)塊、溝流等缺點，提高了處理效率。

問題與對策

作為污水處理設(shè)備之一的鐵床，目前無論是在理論上還是在實踐中都有待于進(jìn)一步的完善和提高。鐵碳微電解填料在實際生產(chǎn)中經(jīng)常會發(fā)生鈍化、板結(jié)及出水“返色”等現(xiàn)象，這是需要在工程實踐中妥善解決的問題。

至于填充鈍化。

一、鐵床運(yùn)行一段時間后，填料表面會形成鈍化膜，廢水中的懸浮粒子也會部分沉積在填料表面，從而阻止了鐵碳微電解填料與廢水的有效接觸，從而降低了處理鐵床的效果。根據(jù)實際情況確定鐵床的工作周期，一般為20天左右，浸洗激活時間可采用2-3h。

至于填充板結(jié)。

二是鐵床填料的板結(jié)除了使鐵床內(nèi)廢水流態(tài)惡化，造成處理效果下降外，還會使更換填料變得更加困難。

向鐵床填料中加入適當(dāng)?shù)妮o料，可有效地避免填料產(chǎn)生板結(jié)現(xiàn)象，并有利于氣、液、石三相的充分接觸，提高處理效果。輔助材料可以選擇X50聚乙烯多面體中空球。

使用流化床裝置還可以很好地解決鐵床填料的成板問題。但是高昂的投資成本、運(yùn)行費用和運(yùn)營管理要求，使得這種設(shè)備的應(yīng)用受到一定的限制。

在鐵炭中電解柱運(yùn)行一段時間后，鐵屑容易結(jié)塊，并出現(xiàn)溝流等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響處理效果。采用吳全義等人的鐵屑高頻結(jié)孔技術(shù)，可以有效地防止鐵屑結(jié)塊現(xiàn)象，但該技術(shù)還有待于進(jìn)一步的研究和完善，采用鐵、炭流化床反應(yīng)器對染料廢水進(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)行時間逐漸下降的缺點。

通過合理調(diào)整反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可方便地將傳統(tǒng)的固定床工藝改造為流化床工藝。該方法不僅可以提高預(yù)處理效果，而且極大地方便了設(shè)備的操作和運(yùn)行管理。

對鐵床出水的“返色”問題進(jìn)行了研究。

三是鐵床對部分染料廢水進(jìn)行脫色處理后，在較短時間內(nèi)出現(xiàn)了色澤逐漸加深的現(xiàn)象。對于這一“返色”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，人們普遍認(rèn)為：鐵炭的微電解填料與廢水反應(yīng)，使染料分子的發(fā)色或助色基受到破壞，但染料分子只是轉(zhuǎn)化成了仍在廢水中存在的小分子有機(jī)物，并具有一定的逆反應(yīng)傾向。但是通過實驗作者發(fā)現(xiàn)，對于某些種類的染料廢水，除在中和沉降pH值為8-8.5的情況下，這種“返色”現(xiàn)象會使廢水逐漸加深外，還會使廢水逐漸變濁，經(jīng)過較長時間的靜置，會出現(xiàn)少量深色的沉淀物。通過對Fe(OH)3的沉淀分析。這一現(xiàn)象很容易解釋：Fe2+氧化為Fe3+，而水解產(chǎn)物Fe(OH)2和Fe(OH)3的溶度積常數(shù)相差超過1021倍。

在上述分析的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為，F(xiàn)e2+末尾的完全去除會在一定程度上加劇“反色”現(xiàn)象。所以，解決鐵床出水“返色”問題，除了要考慮脫除發(fā)色母體外，還要調(diào)整酸堿度，使鐵床出水達(dá)到中和狀態(tài)，使Fe2+完全沉淀或者加入適當(dāng)?shù)难趸瘎?如O2、H2O2、O3等)，使Fe2+快速氧化為Fe3+，然后形成Fe(0H)3膠體。

鐵-碳方法通常在酸性條件下進(jìn)行。

但是，在酸性條件下，溶解鐵屑的數(shù)量大，加堿中和時產(chǎn)生的沉淀物多，增加了脫水工序的負(fù)擔(dān)，而且廢渣的處理成為難題?，F(xiàn)在通常把廢渣送到煉鐵廠處理，或者摻到建筑材料中去。