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铁碳微电解在各类废水中的应用!


一、微电解的原理

微电解法,又称为内电解法、零价铁法、铁屑过滤法、铁碳法,是近30年来被泛应用于染料、印染、重金属、农药废水处理的一种新兴的电化学方法,铁碳微电解具有使用范围广、工艺简单、处理效果好等特点,尤其对于高盐度,高COD以及色度较高的工业废水的处理较其他工艺具有更加明显的优势。难生物降解的废水经铁碳微电解工艺处理后B/C比大大提高,有利于后续生物处理效果的提高。国内一般将该工艺用于废水的预处理,或者与其他工艺联合以达到去除污染物的目的。目前,微电解处理技术的研究与应用主要针对某一种或某一类工业废水,尚未形成系统的理论与技术。

微电解工艺的电解材料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭,当材料浸没在废水中时,发生内部和外部两方面的电解反应。一方面铸铁中含有微量的碳化铁,碳化铁和纯铁存在明显的氧化还原电势差,这样在铸铁屑内部就形成了许多细微的原电池,纯铁作为原电池的阳极,碳化铁作为原电池的阴极;此外,铸铁屑和其周围的炭粉又形成了较大的原电池。

电极反应生成的产物具有很高的活性,能够跟废水中多种组分发生氧化还原反应,包括许多难生物降解和有毒的物质都能够被有效的降解;同时,金属铁能够和废水中金属活动顺序排在铁之后的重金属离子发生置换反应;其次,经铁碳微电解处理后的废水中含有大量的Fe2+,将废水调制中性经曝气之后则生成絮凝性极强的Fe(OH)3,能够有效的吸附废水中的悬浮物及重金属离子如Cr3+,其吸附性能远远高于一般的Fe(OH)3絮凝剂。铁碳微电解就是通过以上的各种作用达到去除水中污染物质的目的。

二、微电解在污水处理中的应用

1、在印染废水处理中的应用:

近年来由于印染技术的不断进步和有机合成染料新产品的不断出现,使得印染废水具有PH 低,色泽深,毒性大,生物可降解性差等特点。因此,铁碳微电解用于印染废水的处理体现出了其他工艺不可比拟的优势。

分别对色度300倍,COD为602mg/L,pH为9.76和色度700倍,COD为1223mg/L,pH为5.76 的两种不同的印染废水进行处理,研究发现,当铁碳体积比为1:1,pH为3.0左右,反应时间20~30 min时,对色度的去除率能够达到95%以上,同时COD的去除率能也能够达到60~70%、。铁碳微电解法对印染废水进行处理,结果表明pH为1,接触时间20~30 min,色度的出去率都能达到90%以上,COD去除率也能达到60%左右。

2、在造纸废水处理中的应用:



采用强化的铁碳微电解对制浆纸二级出水进行深度处理,在铁碳微电解反应体系中加入适量的H2O2,使电解产生的Fe2+与H2O2形成Fenton试剂,与铁碳微电解协同作用,强化微电解反应后用Ca(OH)2调节出水的pH值至中性,并与电解液中的Fe2+和Fe3+生成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮体,进一步网捕水中的CODCr并去除了水中的Fe2+和Fe3+以及SO42+等离子,使溶液的色度进一步得到改善。研究结果表明,当溶液初始pH 值为3.0 、活性炭投加量8.0g/L 、铸铁屑40.0g/L 、H2O2 7.17mmol/L 以及反应时间60min, 用Ca(OH)2的投入量为8.0g/ L时,总CODCr和色度去除率分别达到75%和95%,达到了国家造纸工业水污染物排放一级标准(GB3544—2001)。

3、在焦化废水处理中的应用:

目前我国对焦化废水主要的处理工艺主要是A/O和A-A/O工艺,但是由于出水中含有高浓度的氨氮、高毒性的CN—和SCN—以及难以生物降解的有机物等,对微生物均有抑制作用。因此,有人利用微电解技术对A2/O进水或者出水分别进行预处理和深度处理,最后使出水达到了国家一级排放标准。通过单因素实验法确定了最佳工艺条件,在铁碳比为4,用量分别为300mg/L和75mg/L,H2O2的用量为1000mg/L,pH值为3,反应时间为20min时,COD、NH3-N和CN-的去除率分别为61.2%、74%、56.2%和74.3%。B/C比由0.189提高到0.387,大大降低了后续生物处理的有机负荷并提高了生物处理的效率。

4、在炸药废水中的应用废水处理中的应用:

炸药废水中含有第恩梯(TNT)、黑索今(RDX)等剧毒物质,污染物量虽不多,但是会对环境造成严重的危害。国内外尚未有有成熟的工艺对此进行处理,普通的吸附、、焚烧、生物降解和水解法处理效果较差、,很难达标排放。

某进水水质:



采用的微电解反应器柱高82cm,内径为7cm ,内装有一定体积比例的铁屑和焦炭,铸铁屑在使用前用热碱液浸泡除油。在pH值为2~3,铁碳比为1:1,停留时间为90min时,炸药废水的COD和NH3-N的去除率分别为86%和70%,且B/C提高到0.37。

5、在制药废水处理中的应用:

目前制药废水处理面临的主要问题是污染物种类多、浓度高且成分复杂,冲击负荷大,部分废水中抗生素的存在抑制生化处理时微生物的生长,可生化性差,色度高等特点。铁炭微电解的最佳工艺条件为:pH值3左右,铁屑用量120g/L,铁炭质量比为2∶1,反应时间120min,曝气量20mL/min;光催化氧化反应最佳条件:PH值约为3,光催化剂用量为1.5mg/L,反应时间120min,在上述反应条件下,废水COD总去除率可高达85.08%,色度去除率达95%以上、。

6、在其他废水处理中的应用:

除上述的之外对含油废水、垃圾渗滤液、高盐度废水等利用铁碳微电解法进行处理。

三、微电解技术存在的问题

1)长时间运行后会有机物在铁电极上沉积,形成一层钝化膜,阻碍了铁电极与碳形成稳定的原电池。此外,铁碳填料容易板结,阻碍了废水与填料的有效接触,形成短流,从而降低了废水的处理效果。

2)成本较高。

将来研究的主要方向:

1)设计新型的铁碳微电解反应器。通过改进和优化铁碳微电解翻译器内部的结构和运行方式,不仅能够是反应更加的稳定,而且能够避免铁碳填料的板结。

2)与其他的工艺联用。与其他工艺进行联合使用,不仅能够提高对污染物的去除率,而且相对的降低了运行的成本,有望在废水的深度处理中得以实现。如在铁碳微电解反应过程中加入双氧水使其与点解产生的Fe2+形成Fenton试剂,大大的提高了去除率。

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