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鐵碳微電解裝置

發布日期: 2019-2-14 10:24:38 人氣:

産品簡介 / Introduction
催化微電解塔【微電解裝置】

      催化微電解(内電解)反應基理是當廢水在酸性條件下, Fe和C之間存在1.2V的電極電位差,其中,碳的電位高,成為微陰極;鐵電位低,為微陽極。腐蝕電池與電解電極在酸性溶液中構成無數的微型電解回路,在其作用空間構成一個電場。在這一反應體系中,陽極反應生成大量的Fe2+進入廢水,進而氧化成Fe3+,形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑。陰極反應産生大量新生态的[H]和[O],  各電極反應的主要機理如下:

                             微陽極:Fe-2e→Fe2+ 【E0 (Fe2+/Fe)= -0.44V】

                                  微陰極:2H+ + 2e → 2[H] → H2 (酸性溶液中)

                                                                【E0 (H+/H2)=0.00V】

在充氧狀态時

                                       O2 + 4H+ + 4e → 2H2O (酸性溶液中)

                                                                             【E0 (O2/H2O)=1.22V】

                                   O2+H2O+2e → HO2-+OH-

                                                                                HO2- → OH-+[O]

在PH以及反應時間适當時,可實現下列反應:

                                                               NO-2 + 4H+ + 3e → 2/1N2+2H2O

                                                            NO-3+ 6H+ + 5e → 2/1N2+3H2O

催化微電解(内電解)對廢水COD、色度去除和可生化性能改善的機理

1催化微電解(内電解)對廢水COD去除有明顯的效果,是陰極反應産生大量新生态的[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生氧化還原反應,使廢水的COD大幅度降低。

2催化微電解(内電解)對色度去除有明顯的效果,是由于電極反應産生的新生态二價鐵離子具有較強的還原能力,可使某些有機物的發色基團硝基—NO2 、亞硝基—NO 還原成胺基—NH2 , 新生态的二價鐵離子也可使某些不飽和發色基團(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的雙鍵打開,使發色基團破壞而除去色度, 同時二價和三價鐵離子是良好的絮凝劑,特别是新生的二價鐵離子具有更高的吸附-絮凝活性,調節廢水的pH 可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉澱,吸附污水中的懸浮或膠體态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使廢水得到淨化。

3催化微電解(内電解)對可生化性有明顯的改善是反應産生的新生态二價鐵離子及大量新生态的[H],具有較強的還原能力,能把廢水中硝基類有機物還原成胺基類有機物,而一般胺基類有機物的可生化性明顯高于硝基類有機物,同時在充氧狀态下産生的大量新生态的 [O],使部分難降解環狀和長鍊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。


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,在微電場的作用下産生電泳,向相反電荷的電極移動,在電極上交換電子發生氧化還原和電中和等反應,并使膠體脫穩。例如利用鐵屑處理鹵代烴的原理主要是依據下列反應(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一産生,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等沉澱物。研究結果表明鐵屑能與其中的13種鹵代烴(12種氯代烴)發生反應;并且發現,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,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生如下反應:   

        Fe+2H+=Fe2++2[H]                        

電極反應和化學反應中得到的新生态氫[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生氧化還原反應。如使偶氮基斷裂而破壞發色基團、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,反應式為

        R—N=N—R’+4Fe2++4H20=RNH2+R’NH2+4Fe3++40H- 

Fe和Fe2+也可将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物和由H2誘發的還原反應催化劑的雙重作用。

   鐵被氧化生成的Fe2+也具有較高的還原性,可将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态(Cr2O72-)轉化成毒性較弱的(Cr3+)還原态,并在後續堿中和的堿性條件下形成Cr(OH)3沉澱而得到去除。

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,還原産物為銨離子。

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,Fe2+可進一步氧化成Fe3十。

⑶. 鐵離子的絡合和混凝作用

    在酸性條件下,用鐵-炭微電解處理廢水時,會産生Fe2+和Fe3+離子。新生态的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合物。這樣,廢水中原有的懸浮物、膠體和油類等及通過内電解反應産生的不溶物和構成色度的染料及相當一部分水溶性有機物均可被其絡合、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,經過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,可将在金屬活動順序表中排于其後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随廢水流出,而在後續的堿中和絮凝沉澱時一同被分離去除。

⑸. 沉澱與共沉澱作用

     微電解床出水加堿中和絮凝沉澱是微電解工藝中必不可少的組成部分,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,而且形成的沉澱污泥也易于脫水,更重要的是Ca2+能與許多污染物反應形成沉澱物而被分離除去,如S2-、PO43-、F-及磺酸基-SO3-等。

     微電池反應産物Fe2+和Fe3+也能通過沉澱反應去除某些無機物,以減少其對後續生化工藝段的毒害,如與S2一、CN一等反應生成FeS 、 Fe3[Fe(CN)6]2 (鐵氰化亞鐵)、 Fe4[Fe(CN)6]3 (亞鐵氰化鐵)等沉澱而被去除。            

     對于含有重金屬的廢水,重金屬離子還可與鐵離子形成穩定的鐵氧共沉澱物而被去除;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),無需分流,一次處理達标,大大地簡化了處理流程,且處理後的水質穩定。處理後出水中的Cr6+濃度有望達到0.3mg/L。Fe2+的吸附和共沉澱作用也可經濟地去除廢水中的As、F,去除效果分别達到93%和99%。

     此外,沉澱後廢水中殘留的少量Fe離子對後續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過程與機制共同作用的結果。

歸納起來,微電解技術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極好的共沉澱去除效果,還能脫硫、磷,除氰、氟和去砷。微電解工藝與後續生化處理單元的匹配性也相當好。不僅如此,微電解過程隻消耗一些鐵屑(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低廉(通常隻相當化學法的1/10~1/5),投資和運行費用的經濟性都很好。


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