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微電解
已閱:2704  2012-3-27 14:14:17

    技術原理
廢水的鐵內電解法的原理非常簡單,就是利用鐵-碳顆粒之間存在著電位差而形成了無數個細微原電池。這些細微電池是以電位低的鐵為陰極,電位高的碳做陽極,在含有酸性電解質的水溶液中發生電化學反應的。反應的結果是鐵受到腐蝕變成二價的鐵離子進入溶液。由于鐵離子有混凝作用,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。
當污水通過含鐵和碳的填料時,鐵成為陽極,碳成為陰極,并有微電流流動,形成了千千萬萬個微小電池,產生“內電解”,發生腐蝕,也就是氧化還原反應:
  陽極反應: Fe-2e一Fe2+ E0(Fe2+/Fe)=-0.44V
  陰極反應: 2H++2e→H2↑ E0(H+/H2)=0.00V
  當有氧氣時:O2+4H++4e→2H2O E0(O2)=1.23V
        O2+2H2O+4e→40H- E0(O2/OH-)=0.40V
  上述反應在酸性和充氧的情況下腐蝕最甚,并具有如下被證實了的功能:由于有機物參預陰極的還原反應,使官能團發生了變化改變了原有機物性質,降低了色度,改善了 B/C值;一些無機物也參預反應生成沉淀得以去除,如:Fe2++S2-→FeS↓; 廢水的膠體粒子和微小分散的污染物受電場作用,產生電泳現象,向相反電荷的電極移動,并聚集在電極上使水澄清;陽極生成的新生態Fe2+經石灰中和生成的Fe(OH)3,有極強的吸附能力,使水得以澄清;陰極生成的氫氣,具有氣浮效應。
    電極反應
陽極(Fe):Fe-2e一Fe2+ E0(Fe2+/Fe)=-0.44V
陰極(C):2H++2e→H2↑ E0(H+/H2)=0.00V
當有O2時:O2+4H++4e→2H2O E0(O2)=1.23V
        O2+2H2O+4e→40H- E0(O2/OH-)=0.40V由上述反應的標準電極電位E0可知,酸性充氧條件下電極反應的E0最大,有O2存在得情況下電極反應進行得最快,該反應不斷消耗廢水中的H +,使其pH值上升。因此,pH低、酸度大時,氧的電極電位提高,微電池的電位差加大,促進了電極反應的進行。這從理論上解釋了酸性廢水微電解反應效果較好的原因。
鐵的還原作用
鐵是活潑金屬,在酸性條件下可使一些重金屬離子和有機物還原為還原態,例如:
(1)將汞離子還原為單質汞:
(2)將六價鉻還原為三價鉻:
(3)將偶氮型染料的發色基還原:
(4)將硝基還原為胺基:
鐵的還原作用使廢水中重金屬離子轉變為單質或沉淀物而被除去,使一些大分子染料降解為小分子無色物質,具有脫色作用,同時提高了廢水的可生化性。
氫的氧化還原作用
電極反應中得到的新生態氫具有較大的活性。能與廢水中許多組分發生氧化還原作用,破壞發色、助色基團的結構,使偶氮鍵破裂、大分子分解為小分子、硝基化臺物還原為胺基化合物,達到脫色的目的。一般地,[H]是在Fe2+的共同作用下將偶氮鍵打斷、將硝基還原為胺基。1.3 電化學附集
當鐵與碳化鐵或其他雜質之間形成一個小的原電池,將在其周圍產生一個電場,許多廢水中存在著穩定的膠體如印染廢水,當這些膠體處于電場下時將產生電泳作用而被附集。
在電場的作用下,膠體粒子的電泳速度可由下式求出:
式中: V——膠體粒子的電泳速度(cm/s)
——電位(V)
D——分散介質的介電常數
E——電場強度(V/cm)
——分散介質的粘度(Pa•S)
K——系數
物理吸附
在弱酸性溶液中,鐵屑豐富的比表面積顯出較高的表面活性,能吸附多種金屬離子,能促進金屬的去除,同時鐵屑中的微碳粒對金屬的吸附作用也是不可忽視的。而且鑄鐵是一種多孔性的物質,其表面具有較強的活性,能吸附廢水中的有機污染物,凈化廢水,特別是加入煙道灰等物質時,其很大的比表面積和微晶表面上含有大量不飽和鍵和含氧活性基團,在相當寬的pH值范圍內對染料分子都有吸附作用。
鐵的混凝沉淀
在酸性條件下,用鐵屑處理廢水時,會產生Fe2 和Fe3 。Fe2 和Fe3 是很好的絮凝劑,把溶液pH調至堿性且有O2存在時,會形成Fe(OH)2和Fe(OH)3很好的絮凝劑,發生絮凝沉淀。反應式如下:
 生成的Fe(OH)3 是膠體絮凝劑,它的吸附能力高于一般藥劑水解得到的Fe(OH)3吸附能力。這樣,廢水中原有的懸浮物,通過微電池反應產生的不溶物和構成色度的不溶性染料均可被其吸附凝聚。
鐵離子的沉淀作用
在電池反應的產物中,Fe2 和Fe3 也將和一些無機物發生反應生成沉淀物而去除這些無機物,以減少其對后續生化工段的毒害性。如S2一、CN-等將生成FeS、Fe3[Fe(CN)6]2、Fe4[Fe(CN)6]3等沉淀而被去除。                                                                       
 特點
1 反應速率快,一般工業廢水只需要半小時至數小時;
2 作用有機污染物質范圍廣,如:含有偶氟、碳雙鍵、硝基、鹵代基結構的難降解有機物質;
3 運行成本極低,只消耗少量的單質鐵(最理想并且價廉易得的是金屬加工廢料鐵刨花);
4. 使用壽命長,操作維護方便,微電解塔只要定期的添加鐵屑便可,惰性電極不用更換,腐蝕電極每年補充投入兩次;
5. 具有良好的混凝效果,COD去除率高;
6.該方法可以達到化學沉淀除磷的效果,還可以通過還原除重金屬;
7.設備采用機械攪拌,長期運行效果好。
適用廢水種類
1. 染料、印染廢水;焦化廢水;石油化工廢水;
------上述廢水在脫色的同時,處理水中的BOD/COD值顯著提高。
2 石油廢水;皮革廢水;造紙廢水、木材加工廢水;
------上述廢水處理水后的BOD/COD值大幅度提高。
3 電鍍廢水;印刷廢水;采礦廢水;其他含有重金屬的廢水;
------可以從上述廢水中去除重金屬。
4 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
 
 
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