微电解填料的反应原理

• 发表时间：2020-09-15 15:26:05

微电解填料

电化学氧化还原。

铁颗粒对絮体的电附集及催化反应。细胞反应产物的凝结、新生絮体的吸附、床层的过滤等综合效应的结果。废铁屑的主要成分是铁和碳，当将废铁屑浸入电解液中时，由于Fe与C之间有1.2V的电极电位差，就会形成数不清的微电池系统，在其作用空间内形成一个电场，通过阳极反应产生大量的Fe2+进入废水，然后被氧化成Fe3+，从而形成吸附絮凝活性高的絮凝剂。阴极反应可产生大量新生态的[H]和[O]，在酸性条件下，这些活性成分均可与废水中的许多组分发生氧化还原反应，使有机大分子发生断链降解，从而消除有机物，特别是印染废水的色度，提高废水的可生化度，同时阴极反应还可消耗大量的H+，产生大量的OH-，使废水的pH值增加。

污水与铁碳接触后发生了如下电化学反应：

正极：Fe-2e→FeEo(Fe/Fe)=0.4。

阴极：2H++2e—→H2Eo(H+/H2)=0V。

在有氧的情况下，阴极反应如下：

O2+4H++4e—→2H2OEo(O2)=1。

O2+2H2O+4e—→4OH-Eo(O2/OH-)=1。

在铁碳反应后加入H2O2，阳极反应生成的Fe2+可以作为后续催化氧化处理的催化剂，即Fe2+和H2O2组成Fenton试剂氧化体系。由阴极反应产生的新生态[H]可与废水中的许多成分发生氧化还原反应，从而破坏染料中间体分子中的发色基(例如偶氮基)，使之脱色。采用铁碳曝气法，耗用了大量的氢离子，提高了废水的酸碱度，为后续催化氧化处理创造了条件。

采用催化氧化原理，将适量H2O2溶液和Fe2+组成试剂投入废水中，具有极强的氧化能力，尤其适合处理难降解有机废水。芬顿试剂有很强的氧化能力，这是因为氢氧被芬顿催化剂分解产生•OH(羟基自由基)。

提高生物化学性能和除色机理。

微电解对色度脱除具有明显作用。其原因在于，电极反应生成的新生态二价铁离子具有很强的还原能力，能将某些有机物的发色基—NO2，亚硝基—NO还原为胺基—NH2，另一种胺基—NH2的可生化性也明显高于硝基；新生态二价铁离子还能将某些不饱和的发色基(如羧基—COOH，偶氮基—N=N-)的双键打开，使发色基被破坏而脱色，使部分难降解环状和长链有机物分解为易生物降解的小分子有机物，从而增加了可生化性。二价和三价铁离子是优良的絮凝剂，尤其是新生的二价铁离子具有较高的吸附-絮凝活性，通过对废水pH值的调节，可以将铁离子絮状沉淀成氢氧化物，吸附在污水悬浮状态或胶体状态的微粒或有机高分子，可以进一步降低废水的色度，同时还可以去除部分有机污染物，使废水得到净化。

微电解法处理废水自诞生以来，就引起了国内外环保研究学者的广泛关注和研究。拥有多项专利和实用技术。近年来，微电解技术在工业废水处理方面发展很快，目前已应用于印染、电镀、石油化工、制药、煤气洗涤、印刷电路板生产等工业废水及含砷、氟废水的处理，取得了较好的经济效益和环境效益。采用微电解工艺对废水进行脱色处理效果好，且以废治废，运行费用低，在我国工业上有很好的应用前景。

当前国内外的微电解设备都是固定床，具有结构简单、推流性好、实用性强等特点，但仍存在许多实用问题：效率不高、反应不迅速、床体易产生板结，造成短路、死区、铁屑补充劳动强度大等。

工业废水的内电解法处理存在的问题。

不同结构、不同性能的染料，其内部电解反应机理也不尽相同，降污机理和处理工艺仍需进一步探讨。针对各种染料的特性，特别是高浓度废水的处理，需要寻找适宜的混凝、生化、曝气氧化等工艺，有效地克服了该法去除率低的缺点。

该方法解决了电化率高的酸性废水和中性偏酸废水的电极吸附和新生铁离子的水解、絮凝的矛盾。通过筛选出的有效催化剂、助剂，使其在较宽的PH范围内起到了良好的电催化和絮凝吸附作用。特别是在酸性废水中，虽然脱色率较高，但铁的溶出量和污泥的量都很大。应采取有效措施，减少污泥量，降低污泥含水率，避免二次污染的发生。

选用适当的铁屑活化方法，设计合理的过滤床，解决了铁屑易钝化、易结块、沟流等缺点，提高了处理效率。

问题与对策

作为污水处理设备之一的铁床，目前无论是在理论上还是在实践中都有待于进一步的完善和提高。铁碳微电解填料在实际生产中经常会发生钝化、板结及出水“返色”等现象，这是需要在工程实践中妥善解决的问题。

至于填充钝化。

一、铁床运行一段时间后，填料表面会形成钝化膜，废水中的悬浮粒子也会部分沉积在填料表面，从而阻止了铁碳微电解填料与废水的有效接触，从而降低了处理铁床的效果。根据实际情况确定铁床的工作周期，一般为20天左右，浸洗激活时间可采用2-3h。

至于填充板结。

二是铁床填料的板结除了使铁床内废水流态恶化，造成处理效果下降外，还会使更换填料变得更加困难。

向铁床填料中加入适当的辅料，可有效地避免填料产生板结现象，并有利于气、液、石三相的充分接触，提高处理效果。辅助材料可以选择X50聚乙烯多面体中空球。

使用流化床装置还可以很好地解决铁床填料的成板问题。但是高昂的投资成本、运行费用和运营管理要求，使得这种设备的应用受到一定的限制。

在铁炭中电解柱运行一段时间后，铁屑容易结块，并出现沟流等现象，严重影响处理效果。采用吴全义等人的铁屑高频结孔技术，可以有效地防止铁屑结块现象，但该技术还有待于进一步的研究和完善，采用铁、炭流化床反应器对染料废水进行预处理，克服了固定床铁炭反应器表面易钝化、填料易结块及运行效果随运行时间逐渐下降的缺点。

通过合理调整反应器内部结构，可方便地将传统的固定床工艺改造为流化床工艺。该方法不仅可以提高预处理效果，而且极大地方便了设备的操作和运行管理。

对铁床出水的“返色”问题进行了研究。

三是铁床对部分染料废水进行脱色处理后，在较短时间内出现了色泽逐渐加深的现象。对于这一“返色”现象产生的原因，人们普遍认为：铁炭的微电解填料与废水反应，使染料分子的发色或助色基受到破坏，但染料分子只是转化成了仍在废水中存在的小分子有机物，并具有一定的逆反应倾向。但是通过实验作者发现，对于某些种类的染料废水，除在中和沉降pH值为8-8.5的情况下，这种“返色”现象会使废水逐渐加深外，还会使废水逐渐变浊，经过较长时间的静置，会出现少量深色的沉淀物。通过对Fe(OH)3的沉淀分析。这一现象很容易解释：Fe2+氧化为Fe3+，而水解产物Fe(OH)2和Fe(OH)3的溶度积常数相差超过1021倍。

在上述分析的基础上，笔者认为，Fe2+末尾的完全去除会在一定程度上加剧“反色”现象。所以，解决铁床出水“返色”问题，除了要考虑脱除发色母体外，还要调整酸碱度，使铁床出水达到中和状态，使Fe2+完全沉淀或者加入适当的氧化剂(如O2、H2O2、O3等)，使Fe2+快速氧化为Fe3+，然后形成Fe(0H)3胶体。

铁-碳方法通常在酸性条件下进行。

但是，在酸性条件下，溶解铁屑的数量大，加碱中和时产生的沉淀物多，增加了脱水工序的负担，而且废渣的处理成为难题。现在通常把废渣送到炼铁厂处理，或者掺到建筑材料中去。