鐵炭微電解是指鐵和炭在電解質(zhì)溶液中自發(fā)產(chǎn)生的微弱電流分解廢水中污染物的一種污水處理工藝。

將鐵屑和炭顆粒浸沒在酸性廢水中時，由于鐵和炭之間的電極電位差(0.9～17V)，廢水中會形成無數(shù)個微原電池。這些微電池是以電位低的鐵成為陽極，電位高的炭做陰極，在含有酸性電解質(zhì)的水溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。在應(yīng)中產(chǎn)生的大量初生態(tài)的Fe2+和新生態(tài)的[?H]，它們具有極高化學(xué)活性，能改變廢水中許多有機物的結(jié)構(gòu)和特性，使有機物發(fā)生斷鏈、開環(huán)等作用。

鐵炭微電解工藝是集氧化、還原、電沉淀、絮凝、吸附、架橋、卷掃及共沉淀等多功能于一體。

2、鐵炭微電解的最佳使用PH范圍是多少?

鐵炭微電解的最佳使用PH范圍是3～4，在此PH范圍內(nèi)，高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料的年消耗量在10%～15%(個別廠家會講他們的填料適用PH范圍為5～7，這是不符合鐵炭微電解的反應(yīng)原理的，所以這種填料對廢水處理的主要原理是通過鐵炭中活性炭的吸附，不是通過真正的微電解反應(yīng)原理達(dá)到處理效果)。

3、鐵炭微電解工藝優(yōu)點：

適用范圍廣，處理效果好，成本低，操作維護(hù)方便，不需要消耗電力資源，反應(yīng)速度快，處理效果穩(wěn)定，不會造成二次污染，提高廢水的可生化性，可以達(dá)到化學(xué)沉淀除磷，可以通過還原除重金屬，也可以作為生物處理的前處理，利于污泥的沉降和生物掛膜。目前成熟運用的行業(yè)有：化工、制藥、染料、顏料、橡膠助劑、酚醛樹脂、電鍍、線路板、垃圾滲濾液、印染、煤化工等。

4、反應(yīng)過程中鐵和炭去哪里了：

在高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料中鐵和炭不是以大顆粒形式存在，而是以合計結(jié)構(gòu)的形式存在，反應(yīng)中鐵變?yōu)槎r鐵離子存在于廢水中，通過后續(xù)的絮凝而沉淀出來;炭隨著鐵的溶解不斷的脫落，脫落后的極其細(xì)小炭粒會吸附著污染物質(zhì)進(jìn)入沉淀池經(jīng)絮凝沉淀。

5、什么是高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料：

高溫?zé)Y(jié)鐵炭微電解填料是鐵粉與炭粉、催化劑等組分通過高溫(超過1300℃)熔煉形成的一體化合金結(jié)構(gòu)，故填料的物理強度強(≥600kg/cm2);框架式的微孔結(jié)構(gòu)形式，為微電解反應(yīng)提供極大的比表面積及均勻的水氣通道，對廢水處理提供了更大的電流密度和更好的催化反應(yīng)效果。

6、如何區(qū)分鐵炭微電解填料是否是高溫?zé)Y(jié)：

通過摔打或進(jìn)行相關(guān)測試：高溫?zé)Y(jié)微電解填料不易敲碎。非高溫?zé)Y(jié)微電解填料非常容易敲碎，甚至一摔就碎。

孔隙率檢測，可扔到水中看氣泡的產(chǎn)生量：高溫?zé)Y(jié)微電解填料有真正的孔隙率，且孔隙率達(dá)到65%，扔進(jìn)水中后，氣泡量大、均勻、持久;單位填料處理污水能力強。非高溫?zé)Y(jié)微電解填料幾乎沒有孔隙率，扔進(jìn)水中后，幾乎沒有氣泡量;單位填料處理污水能力弱。

是否是真正的合金結(jié)構(gòu)：用砂紙打磨填料或是用模切機將填料切開后，高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料有明顯的金屬關(guān)澤，是真正的合金結(jié)構(gòu)。非高溫?zé)Y(jié)鐵炭微電解填料經(jīng)過打磨或是模切，每天合金結(jié)構(gòu)的金屬光澤，出現(xiàn)鐵炭分離的情況。

7、為何要選用高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料：

選用高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料是保證微電解工藝正常運行的關(guān)鍵。高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料在使用過程中不會出現(xiàn)板結(jié)、鈍化的情況，其1000kg/cm2的物理強度足以承受20m水柱壓力及酸性廢水對填料的侵蝕，不會出現(xiàn)非高溫?zé)Y(jié)鐵炭填料的在水柱壓力及酸性廢水的侵蝕而出現(xiàn)的粉碎、鈍化、板結(jié)的情況，因此必須選用高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料。

8、高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料為何不需要更換：

鐵和炭是同時消耗的，填料中鐵和炭的比例沒有改變，因此在反應(yīng)過程中填料的消耗只是量的改變，而不是質(zhì)變。所以隨著填料的消耗只需要添加新填料就可以了。在進(jìn)水PH3～4的情況下，高溫?zé)Y(jié)的鐵炭微電解填料的年消耗量在10%～15%。

2鐵炭微電解法在廢水處理中的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

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(xué)中的原電池反應(yīng)。當(dāng)鐵和炭浸入電解質(zhì)溶液中時，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，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。陽極反應(yīng)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(tuán)(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更高的吸附-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(jìn)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。陰極反應(yīng)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(yīng)，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(yīng)：

陽極：Fe - 2e → Fe2+ E (Fe/Fe2+) = 0.44V

陰極：2H+ + 2e → H2 E (H+/H2) = 0.00V

當(dāng)有氧存在時，陰極反應(yīng)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(yīng)為：鐵原子與炭原子是緊挨著或分開而形成原電池反應(yīng)。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(dāng)鐵炭一旦分層將更不利于有機物的去除。

1.3、鐵炭包容式微電解反應(yīng)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(yīng)。這種鐵炭接觸不存在鐵與炭的分層問題，因此更有利于電子的轉(zhuǎn)移，電荷效率較高，廢水中有機物的去除效率也較高。

鐵炭微電解技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展

2.1、在印染廢水處理中的應(yīng)用

鐵炭微電解技術(shù)作為一種新的廢水處理手段最初就是應(yīng)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(jìn)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(jìn)行處理，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鐵炭體積比為1：1，pH為3.0左右，反應(yīng)時間20～30 min時，對色度的去除率能夠達(dá)到95%以上，同時COD的去除率能也能夠達(dá)到60~70%。

用鐵炭微電解法對印染廢水進(jìn)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(dá)到90%以上，COD去除率也能達(dá)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(dá)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(yù)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(jìn)行預(yù)處理，當(dāng)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(dá)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(yīng)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(biāo)都不能達(dá)到國家造紙工業(yè)水污染物排放一級標(biāo)準(zhǔn)。

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(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，利用鐵炭微電解反應(yīng)柱對出水進(jìn)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(yīng)時間為30~40min，最終色度與COD 的去除率分別達(dá)到94.2%與68.9%，出水達(dá)到了行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。

采用強化的鐵炭微電解對制漿造紙二級出水進(jìn)行深度處理，在鐵炭微電解反應(yīng)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(yīng)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(jìn)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(jìn)一步得到改善。研究結(jié)果表明，當(dāng)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(yīng)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(dá)到75%和95%，達(dá)到了國家造紙工業(yè)水污染物排放一級標(biāo)準(zhǔn)(GB35442001)。

2.3、在焦化廢水處理中的應(yīng)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(jìn)水或者出水分別進(jìn)行預(yù)處理和深度處理，最后使出水達(dá)到了國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。利用鐵炭微電解和Fenton試劑聯(lián)合氧化法對焦化廢水進(jìn)行預(yù)處理的試驗研究，通過單因素實驗法確定了最佳工藝條件，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(yīng)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(fù)荷并提高了生物處理的效率。

2.4、在制藥廢水處理中的應(yīng)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(fù)雜，沖擊負(fù)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。

2.5、在其他廢水處理中的應(yīng)用

除上述的之外，還有學(xué)者對含油廢水、垃圾滲濾液、高鹽度廢水等利用鐵炭微電解法進(jìn)行處理，并對結(jié)果進(jìn)行研究和探討。

3PCB絡(luò)合廢水與鐵炭微電解工藝

印制電路板(PCB)廢水水量大，廢水污染物種類多，成分復(fù)雜，含多種絡(luò)合劑(螯合劑)如氨、EDTA、酒石酸根等，與銅等重金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，嚴(yán)重影響銅等重金屬的處理，處理難度大。就PCB絡(luò)合廢水處理而言，絡(luò)合物的破除成為銅等重金屬去除的關(guān)鍵。

1、 利用鐵炭微電解法處理PCB絡(luò)合廢水原理：絡(luò)合重金屬廢水在微電解反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生微電解反應(yīng)和置換反應(yīng)：

陽極(Fe): Fe- 2e→ Fe2+

陰極(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2

一方面，微電解反應(yīng)產(chǎn)生新生態(tài)的氫和亞鐵，能與水中的許多物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)，使其失去或降低與銅等重金屬的絡(luò)合能力，同時新生的Fe(OH)2與Fe(OH)3具有較高的絮凝、吸附活性，能吸附水中的分散小顆粒及有機分子而絮凝沉降下來，使廢水進(jìn)一步凈化。另一方面，鐵能與廢水中的銅進(jìn)行置換反應(yīng)，鐵把絡(luò)合銅中的銅置換出單質(zhì)銅。

2、 典型工藝流程

鐵炭微電解法具有適用范圍廣，處理效果好，適用壽命長，成本低廉，操作方便等優(yōu)點，已在PCB絡(luò)合廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。