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鐵炭微電解法在廢水處理中的應用

1、鐵炭微電解的作用機理
       1.1、微電解工作原理:
       一般原理:鐵炭微電解是基于電化學中的原電池反應。當鐵和炭浸入電解質(zhì)溶液中時,由于Fe和C之間存在1.2V的電電位差,因而會形成無數(shù)的微電池系統(tǒng),在其作用空間構(gòu)成一個電場。陽反應產(chǎn)生的新生態(tài)二價鐵離子具有較強的還原能力,可使某些有機物還原,也可使某些不飽和基團(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-)的雙鍵打開,使部分難降解環(huán)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(zhì)使廢水得到凈化。陰反應產(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,使有機大分子發(fā)生斷鏈降解,從而消除了有機廢水的色度,提高了廢水的可生化性。
       鐵炭原電池反應:
       陽:Fe - 2e → Fe2+    E(Fe/Fe2+) = 0.44V
       陰:2H+ + 2e → H2    E(H+/H2) = 0.00V
       當有氧存在時,陰反應如下:
       O2 + 4H+ + 4e → 2H2O    E(O2) = 1.23V
       O2 + 2H2O + 4e → 4OH-   E (O2/OH-) = 0.41V
       1.2、一般微電解反應為:鐵原子與炭原子是緊挨著或分開而形成原電池反應。這種鐵炭接觸不利于電子的轉(zhuǎn)移,電荷效率較低,因此廢水中有機物的去除效率一般也較低。同時當鐵炭一旦分層將不利于有機物的去除。
       1.3、鐵炭包容式微電解反應為: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。這種鐵炭接觸不存在鐵與炭的分層問題,因此有利于電子的轉(zhuǎn)移,電荷效率較高,廢水中有機物的去除效率也較高。
2、 鐵炭微電解技術(shù)在廢水處理中的應用進展
       2.1、在印染廢水處理中的應用
       鐵炭微電解技術(shù)作為一種新的廢水處理手段初就是應用于印染廢水的處理,并取得良好的效果。印染廢水中的有機污染物主要來源于染料及染整添加劑,近年來由于印染技術(shù)的不斷進步和有機合成染料新產(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。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。
       經(jīng)過試驗分別對色度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行處理,研究發(fā)現(xiàn),當鐵炭體積比為1:1,pH為3.0左右,反應時間20~30 min時,對色度的去除率能夠達到95%以上,同時COD的去除率能也能夠達到60~70%。
       用鐵炭微電解法對印染廢水進行處理,結(jié)果表明pH為3,接觸時間20~30 min,色度的去除率都能達到90%以上,COD去除率也能達到60%左右。
       對于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到出水要求,常使之與其他的高級氧化處理工藝相結(jié)合,作為生物處理的預處理。對原水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行預處理,當鐵粉粒徑為18目,焦炭粒徑為2~4mm,鐵粉和焦炭比為1:1,水里停留時間為60~90min時,脫色率達到了90%以上,BOD/ COD 值從原來的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用
       造紙廢水主要來源于制漿過程中的蒸煮、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)過一級物化、二級生化處理后出水的CODCr、色度等各項排放指標都不能達到國家造紙工業(yè)水污染物排放一級標準。
       針對用白腐菌-厭氧-好氧生物法處理造紙黑液的出水色度過高,而COD也不能達標的現(xiàn)象,利用鐵炭微電解反應柱對出水進行脫色與去除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,反應時間為30~40min,終色度與COD 的去除率分別達到94.2%與68.9%,出水達到了行業(yè)排放標準。
       采用強化的鐵炭微電解對制漿造紙二級出水進行深度處理,在鐵炭微電解反應體系中加入適量的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,強化微電解反應后用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,使溶液的色度進一步得到改善。研究結(jié)果表明,當溶液初始pH 值為3.0 、活性炭投加量8.0g/L、鑄鐵屑40.0g/L 、H2O2 7.17mmol/L 以及反應時間60min,用Ca(OH)2的投入量為8.0g/L時,總CODCr和色度去除率分別達到75%和95%,達到了國家造紙工業(yè)水污染物排放一級標準(GB3544—2001)。
2.3、在焦化廢水處理中的應用
       目前我國對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物等,對微生物均有抑制作用。因此,有人利用微電解技術(shù)對A2/O進水或者出水分別進行預處理和深度處理,后使出水達到了國家一級排放標準。利用鐵炭微電解和Fenton試劑聯(lián)合氧化法對焦化廢水進行預處理的試驗研究,通過單因素實驗法確定了好工藝條件,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,反應時間為20min時,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)生物處理的有機負荷并提高了生物處理的效率。
2.4、在制藥廢水處理中的應用
       目前,制藥廢水處理面臨的主要問題是污染物種類多、濃度高且成分復雜,沖擊負荷大,部分廢水中抗生素的存在抑制生化處理時微生物的生長,可生化性差,色度高等特點。
       工程實踐表明,鐵炭微電解法對各種成分的制藥廢水COD、色度都具有較好的去除效果,同時B/C有所提高。