微電解塔

一、簡介
微（內(nèi)）電解法是利用鐵–碳粒料在電解質(zhì)溶液中腐蝕形成的微（內(nèi)）電解過程來處理廢水的一種電化學技術(shù)。電極反應(yīng)過程不耗電，而能產(chǎn)生氧化還原、電附聚等作用；電極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)Fe2+是一種吸附、包容和絡(luò)合能力相當強的混凝劑。故微電解法的特點是作用機制多、協(xié)同性強、綜合效果好、脫色效果尤其明顯，還可提高廢水的可生化性，與二級生化處理工藝匹配性好、操作簡便、運行費用低。其COD去除率可達20~60%，脫色率在50~96%。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種無機廢水處理和有機難降解廢水的預(yù)處理上，效果十分明顯。我們已在制藥廢水、染料生產(chǎn)廢水、印染廢水、有機與石油化工廢水及電鍍廢水的治理工程上進行工業(yè)應(yīng)用，取得了相當大的成功。廢水通過微（內(nèi)）電解預(yù)處理后，再進入生化系統(tǒng)（H/O工藝）處理，出水都達到了相應(yīng)的排放標準。
目前國內(nèi)外微電解設(shè)備均是固定床，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，推流性好，但存在不少實用性問題：一是效率不高，反應(yīng)速度不快；二是床體易板結(jié)或堵塞及鈍化，造成短路和死區(qū)，效率下降；三是鐵屑補充勞動強度大。為了克服上述這些主要缺點，我們以二元三相脈沖流態(tài)化技術(shù)原理為出發(fā)點，由江蘇省*立項（BS98***）進行了高效微電解膨松床試驗與開發(fā)研究，并已在電鍍廢水治理工程、染料生產(chǎn)廢水治理工程和有機化工廢水治理工程等工業(yè)運行中獲得成功，通過驗收，國內(nèi)。

二、微電解原理

⑴. 電場作用
廢水中的膠體粒子和細小分散的污染物一般都帶有電荷，在微電場的作用下產(chǎn)生電泳，向相反電荷的電極移動，在電極上交換電子發(fā)生氧化還原和電中和等反應(yīng)，并使膠體脫穩(wěn)。例如利用鐵屑處理鹵代烴的原理主要是依據(jù)下列反應(yīng)(鹵代烴以R-X表示)：
陽極過程： Fe → Fe2++2e
陰極過程： [R-X]+2e+H20 → [R-H]+X一+OH一
脫鹵過程中會有大量OH一產(chǎn)生，使附近溶液pH上升，若溶液偏堿性則在陽極鐵表面形成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Ca(0H)2等沉淀物。研究結(jié)果表明鐵屑能與其中的13種鹵代烴(12種氯代烴)發(fā)生反應(yīng)；并且發(fā)現(xiàn)，鐵屑對氯代烴的降解速度要比氯代烴的天然降解速度快得多(約快5～15個數(shù)量級)。研究還表明：其降解速度與鐵屑含量和鐵屑比表容積(單位體積的溶液所接觸到的鐵屑表面積)有關(guān)，即鐵屑含量越多，比表容積越大，其降解速率就越快。廢水中的氯代烴不僅難于生物降階，而且對微生物的毒性也很大，零價鐵對氯代烴的轉(zhuǎn)化與脫氯作用可以大大提高廢水的可生化性。
⑵. 氫、鐵、Fe2+的還原作用
鐵是活潑金屬，有較強還原能力，因而在偏酸性水溶液中能夠發(fā)生如下反應(yīng)：
Fe＋2H+＝Fe2+＋2［H］
電極反應(yīng)和化學反應(yīng)中得到的新生態(tài)氫[H]以及Fe和Fe2＋都具有很高的化學活性，能與印染廢水中的許多污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)。如使偶氮基斷裂而破壞發(fā)色基團、使大分子降解為小分子，具有脫色和提高廢水可生化性的作用，反應(yīng)式為
R—N＝N—R’＋4Fe2+＋4H20＝RNH2＋R’NH2＋4Fe3+＋40H－
Fe和Fe2+也可將硝基化合物還原為胺基化合物等，同時提高了廢水的可生化性。反應(yīng)式為：
C6H5NO2＋3Fe＋6H+＝C6H5NH2＋3Fe2＋＋2H20
有研究認為Fe0在上述還原過程中具有反應(yīng)物和由H2誘發(fā)的還原反應(yīng)催化劑的雙重作用。
鐵被氧化生成的Fe2＋也具有較高的還原性，可將氧化性較強的離子或化合物還原及某些有機物還原，對Cr(Ⅵ)的還原如下式所示。
6Fe2＋＋Cr2O72一十14H十＝6Fe3+＋2Cr3++7H20
鉻由毒性較強的氧化態(tài)(Cr2O72－)轉(zhuǎn)化成毒性較弱的(Cr3＋)還原態(tài)，并在后續(xù)堿中和的堿性條件下形成Cr(OH)3沉淀而得到去除。
也有人利用鐵屑的還原性來處理水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽，還原產(chǎn)物為銨離子。
Fe2+也具有還原性，E0(Fe3+／Fe2+)=0．771V，因而當水中有強氧化劑存在時，F(xiàn)e2+可進一步氧化成Fe3十。
⑶. 鐵離子的絡(luò)合和混凝作用
在酸性條件下，用鐵-炭微電解處理廢水時，會產(chǎn)生Fe2+和Fe3＋離子。新生態(tài)的Fe2+和Fe3+具有很好的絮凝作用，溶液在堿性條件下且有O2存在時，會形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，反應(yīng)式為
Fe2+＋20H一＝Fe(OH)2
4Fe2+＋8 0H一＋02＋2H20＝4Fe(OH)3
生成的Fe(OH)2和Fe(OH)3的吸附能力高于一般藥劑水解得到的Fe(OH)3吸附能力。同時其中的Fe離子能與許多有機物形成墨綠色的絡(luò)合物。這樣，廢水中原有的懸浮物、膠體和油類等及通過內(nèi)電解反應(yīng)產(chǎn)生的不溶物和構(gòu)成色度的染料及相當一部分水溶性有機物均可被其絡(luò)合、吸附凝聚而從廢水中分離去除。廢水中具有負電位的油珠在外電場作用下，很快完成電泳沉積和聚結(jié)，經(jīng)過Fe(OH)3絮狀膠體的吸附與絮凝作用，除油率達到70％～80％。
⑷. 鐵的置換作用
鐵是活潑金屬，電極電位E0 (Fe2+／Fe)＝- 0．44V，它具有還原能力，可將在金屬活動順序表中排于其后的金屬置換出來而沉積在鐵的表面，如鎳、錫、鉛、銅、銀等；如用鋁－碳填料，還可置換出錳、鋅。當鐵屑不斷被腐蝕變成鐵粉時，這些微小的沉積金屬粉粒也一起隨廢水流出，而在后續(xù)的堿中和絮凝沉淀時一同被分離去除。
⑸. 沉淀與共沉淀作用
微電解床出水加堿中和絮凝沉淀是微電解工藝中*的組成部分，通常用石灰乳
［Ca(OH)2］作為中和用堿液，石灰乳本身就是一個助凝劑，它不僅價格便宜，而且形成的沉淀污泥也易于脫水，更重要的是Ca2＋能與許多污染物反應(yīng)形成沉淀物而被分離除去，如S2－、PO43－、F－及磺酸基－SO3－等。
微電池反應(yīng)產(chǎn)物Fe2+和Fe3+也能通過沉淀反應(yīng)去除某些無機物，以減少其對后續(xù)生化工藝段的毒害，如與S2一、CN一等反應(yīng)生成FeS 、 Fe3[Fe(CN)6]2 （鐵氰化亞鐵）、 Fe4[Fe(CN)6]3 （亞鐵氰化鐵）等沉淀而被去除。
對于含有重金屬的廢水，重金屬離子還可與鐵離子形成穩(wěn)定的鐵氧共沉淀物而被去除；微電解法不僅可以處理單一的含Cr6+的廢水，還可以處理含Cr6＋、Cu2+、Ni2+、Zn2+、pb2+等多種重金屬離子的綜合性含金屬離子的廢水（如電鍍、礦山等行業(yè)），無需分流，一次處理達標，大大地簡化了處理流程，且處理后的水質(zhì)穩(wěn)定。處理后出水中的Cr6＋濃度有望達到0.3mg/L。Fe2＋的吸附和共沉淀作用也可經(jīng)濟地去除廢水中的As、F，去除效果分別達到93％和99％。
此外，沉淀后廢水中殘留的少量Fe離子對后續(xù)的生化處理過程有促進作用。
微電解法處理廢水正是通過以上有關(guān)過程與機制共同作用的結(jié)果。
歸納起來，微電解技術(shù)處理廢水的作用機制相當豐富，可以去除大量的COD，而且可以提高廢水的可生化性，其脫色效果也十分顯著；并且對各種金屬離子都有*的共沉淀去除效果，還能脫硫、磷，除氰、氟和去砷。微電解工藝與后續(xù)生化處理單元的匹配性也相當好。不僅如此，微電解過程只消耗一些鐵屑（廢料）和酸（視廢水而定，不一定是必須投加的）及堿［Ca(OH)2］，因此處理費用也相當?shù)土ㄍǔＶ幌喈敾瘜W法的1／10～1／5)，投資和運行費用的經(jīng)濟性都很好?？梢?，微電解技術(shù)用于處理電鍍綜合廢水或化工、礦山、染料、印染混排廢水是一項實用技術(shù)。