2021-07-09
铁碳微电解
一、工艺简介
微电解法微电解法是利用金属腐蚀原理，形成原电池对废水进行处理的良好工艺，又称为内电解法、零价铁法、铁屑过滤法、铁碳法，是近30年来被广泛用于染料、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它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。
微电解工艺的电解填料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭（如图所示），即铁碳微电解工艺。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，碳化铁和纯铁纯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被有效降解；同时，金属铁能够和废水中金属活动顺序排在铁后面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
，将废水调制中性经曝气之后则生成絮凝性极强的
，能够有效的吸附废水中的悬浮物及重金属离子如
，其吸附性能远远高于一般的
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。
铁碳微电解系统结构
铁碳微电解系统由铁碳微电解池、配水系统、鼓风系统和加药系统组成，根据用户要求进行配置。
1、加药系统 加药系统部分根据建设单位对铁碳微电解池的进出废水做调整使用的装置，提高铁碳微电解池的处理效果。
2、鼓风系统 鼓风系统部分由风机、管路和阀门等组成，风压根据不同的铁碳微电解池和管路做调整，风量由设计单位确认。
3、配水系统 配水系统部分由提升泵、流量计和管路等组成。
二、工艺原理
微电解法是利用金属腐蚀原理。
反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。由于铁离子有混凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除，为了增加电位差，促进铁离子的释放,在铁-碳床中加入一定比例铜粉或铅粉。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：
阳极(Fe):
,
阴极(C) :
,
反应中，产生的了初生态的
和原子H，它们具有高化学活性,能改变废水中许多有机物的结构和特性,使有机物发生断链、开环等作用。
若有曝气，即充氧和防止铁屑板结。还会发生下面的反应：
；
；
；
反应中生成的OH－是出水pH值升高的原因，而由
氧化生成的
逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,从而增强对废水的净化效果。
电化学反应的氧化还原。
铁屑对絮体的电附集和对反应的催化作用。电池反应产物的混凝，新生絮体的吸附和床层的过滤等作用的综合效应的结果。其中主要作用是氧化还原和电附集，废铁屑的主要成分是铁和碳，当将其浸入电解质溶液中时,由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,因而会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的
进入废水,进而氧化成
,形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O],在偏酸性的条件下,这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,使有机大分子发生断链降解,从而消除了有机物尤其是印染废水的色度,提高了废水的可生化度,且阴极反应消耗了大量的H+生成了大量的OH-,这使得废水的pH值也有所提高。
当废水与铁碳接触后发生如下电化学反应:
阳极:
阴极:
当有氧存在时,阴极反应如下:
催化氧化原理
有试验在铁碳反应后加H2O2，阳极反应生成的
可作为后续催化氧化处理的催化剂,即
与H2O2构成Fenton试剂氧化体系。阴极反应生成的新生态[H]能与废水中许多组分发生氧化还原反应,破坏染料中间体分子中的发色基团(如偶氮基团),使其脱色。通过铁碳曝气反应,消耗了大量的氢离子,使废水的pH值升高,为后续催化氧化处理创造了条件。
向废水中投加适量的H2O2溶液与废水中的
组成试剂,它具有极强的氧化能力,特别适用于难降解有机废水的治理。Fenton试剂之所以具有极强的氧化能力,是由于HO被Fe催化分解产生·OH(羟基自由基)。
生化性能改善和色度去除的机理
微电解对色度去除有明显的效果。这是由于电极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力,可使某些有机物的发色基团硝基—NO2 、亚硝基—NO 还原成胺基—NH2 ,另胺基类有机物的可生化性也明显高于硝基类有机物;新生态的二价铁离子也可使某些不饱和发色基团(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的双键打开,使发色基团破坏而除去色度,使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外,二价和三价铁离子是良好的絮凝剂,特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性,调节废水的pH 可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀,吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子,可进一步降低废水的色度,同时去除部分有机污染物质使废水得到净化。
此外，铁碳微电解注意事项：
1、微电解填料在使用前注意防水防腐蚀，运行一旦通水后应始终有水进行保护，不可长时间曝露在空气中，以免在空气中被氧化，影响使用；
2、微电解系统运行过程中应注意合适的曝气量，不可长时间反复曝气；
3、微电解系统不可长时间在碱性条件下运行；
4、其它注意事项可据微电解发应基础原理。油脂类废水必须先隔油。
5、对于一些特殊废水，铁碳微电解工艺仅仅能起到破链的作用，即把大分子链破解为稍小的小分子链物质，COD这时会不降反升，对于这种情况，后续采取芬顿工艺作为补充，会起到更好的电解效果。
铁碳微电解应用废水的种类：
铁碳微电解针对有机物浓度大、高毒性、高色度、难生化废水的处理,可大幅度地降低废水的色度和COD，提高B/C比值即提高废水的可生化性；可广泛应用于印染、化工、电镀、制浆造纸、制药、洗毛、农药、酒精等各类工业废水的处理及处理水回用工程。
⑴ 染料、印染废水；焦化废水；石油化工废水；橡胶助剂废水。
-----上述废水在脱色的同时，处理水中的BOD/COD值显著提高。
⑵ 石油废水；皮革废水；造纸废水、木材加工废水。
-----上述废水处理水后的BOD/COD值大幅度提高。
⑶ 电镀废水；印刷废水；采矿废水；其他含有重金属的废水。
-----可以从上述废水中去除重金属。
⑷ 有机磷农业废水；有机氯农业废水。
-----大大提高上述废水的可生化性，且可除磷，除硫化物。
三、设计参数
设计原则
微电解是集合电化学、吸附、凝聚和氧化还原反应等作用的结果，主要影响微电解处理效果的因素有pH值、水温、反应时间及曝气程度等。根据国内外对化学合成类废水的研究分析及实验总结，微电解塔对处理该类废水的最适宜工作环境，选定本工程中电解塔的工作环境是：pH=3，铁炭体积比为1：1，铁屑粒径约在5~10目，反应时间为90min。
废水由微电解塔的底部进入塔内，上行经过填料床后，流入上部的周边淹没孔口，进入集水槽。铁碳填料选用LAT-TC03新型微电解填料，上部利用筛网压板来防止填料因为膨胀而发生流失。填料是放置在承托层之上，穿孔板作为支承。采用连续进水、连续曝气的方式，定期对铁碳填料进行反冲洗。冲洗时需关闭微电解塔的进水阀以及集水槽的出水阀。再使冲洗水从上部进水塔内，从底部出水至污泥浓缩池。
塔为玻璃钢结构。塔的内壁做三油两布防腐，外漆采用中灰，一底两面。塔的外壁须设置有卸料口、铁爬梯等。
设计计算
铁碳微电解
铁碳微电解
一、工艺简介
微电解法微电解法是利用金属腐蚀原理，形成原电池对废水进行处理的良好工艺，又称为内电解法、零价铁法、铁屑过滤法、铁碳法，是近30年来被广泛用于染料、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它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。
微电解工艺的电解填料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭（如图所示），即铁碳微电解工艺。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，碳化铁和纯铁纯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被有效降解；同时，金属铁能够和废水中金属活动顺序排在铁后面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
，将废水调制中性经曝气之后则生成絮凝性极强的，能够有效的吸附废水中的悬浮物及重金属离子如，其吸附性能远远高于一般的絮凝剂。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。铁碳微电解系统结构
铁碳微电解系统由铁碳微电解池、配水系统、鼓风系统和加药系统组成，根据用户要求进行配置。
1、加药系统 加药系统部分根据建设单位对铁碳微电解池的进出废水做调整使用的装置，提高铁碳微电解池的处理效果。
2、鼓风系统 鼓风系统部分由风机、管路和阀门等组成，风压根据不同的铁碳微电解池和管路做调整，风量由设计单位确认。
3、配水系统 配水系统部分由提升泵、流量计和管路等组成。
二、工艺原理
微电解法是利用金属腐蚀原理。
反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。由于铁离子有混凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除，为了增加电位差，促进铁离子的释放,在铁-碳床中加入一定比例铜粉或铅粉。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：
阳极(Fe):
,阴极(C) :
,反应中，产生的了初生态的
和原子H，它们具有高化学活性,能改变废水中许多有机物的结构和特性,使有机物发生断链、开环等作用。若有曝气，即充氧和防止铁屑板结。还会发生下面的反应：
；；；反应中生成的OH－是出水pH值升高的原因，而由
氧化生成的逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,从而增强对废水的净化效果。电化学反应的氧化还原。
铁屑对絮体的电附集和对反应的催化作用。电池反应产物的混凝，新生絮体的吸附和床层的过滤等作用的综合效应的结果。其中主要作用是氧化还原和电附集，废铁屑的主要成分是铁和碳，当将其浸入电解质溶液中时,由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,因而会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的
进入废水,进而氧化成,形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O],在偏酸性的条件下,这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,使有机大分子发生断链降解,从而消除了有机物尤其是印染废水的色度,提高了废水的可生化度,且阴极反应消耗了大量的H+生成了大量的OH-,这使得废水的pH值也有所提高。当废水与铁碳接触后发生如下电化学反应:
阳极:
阴极:
当有氧存在时,阴极反应如下:
催化氧化原理
有试验在铁碳反应后加H2O2，阳极反应生成的
可作为后续催化氧化处理的催化剂,即与H2O2构成Fenton试剂氧化体系。阴极反应生成的新生态[H]能与废水中许多组分发生氧化还原反应,破坏染料中间体分子中的发色基团(如偶氮基团),使其脱色。通过铁碳曝气反应,消耗了大量的氢离子,使废水的pH值升高,为后续催化氧化处理创造了条件。向废水中投加适量的H2O2溶液与废水中的
组成试剂,它具有极强的氧化能力,特别适用于难降解有机废水的治理。Fenton试剂之所以具有极强的氧化能力,是由于HO被Fe催化分解产生·OH(羟基自由基)。生化性能改善和色度去除的机理
微电解对色度去除有明显的效果。这是由于电极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力,可使某些有机物的发色基团硝基—NO2 、亚硝基—NO 还原成胺基—NH2 ,另胺基类有机物的可生化性也明显高于硝基类有机物;新生态的二价铁离子也可使某些不饱和发色基团(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的双键打开,使发色基团破坏而除去色度,使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外,二价和三价铁离子是良好的絮凝剂,特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性,调节废水的pH 可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀,吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子,可进一步降低废水的色度,同时去除部分有机污染物质使废水得到净化。
此外，铁碳微电解注意事项：
1、微电解填料在使用前注意防水防腐蚀，运行一旦通水后应始终有水进行保护，不可长时间曝露在空气中，以免在空气中被氧化，影响使用；
2、微电解系统运行过程中应注意合适的曝气量，不可长时间反复曝气；
3、微电解系统不可长时间在碱性条件下运行；
4、其它注意事项可据微电解发应基础原理。油脂类废水必须先隔油。
5、对于一些特殊废水，铁碳微电解工艺仅仅能起到破链的作用，即把大分子链破解为稍小的小分子链物质，COD这时会不降反升，对于这种情况，后续采取芬顿工艺作为补充，会起到更好的电解效果。
铁碳微电解应用废水的种类：
铁碳微电解针对有机物浓度大、高毒性、高色度、难生化废水的处理,可大幅度地降低废水的色度和COD，提高B/C比值即提高废水的可生化性；可广泛应用于印染、化工、电镀、制浆造纸、制药、洗毛、农药、酒精等各类工业废水的处理及处理水回用工程。
⑴ 染料、印染废水；焦化废水；石油化工废水；橡胶助剂废水。
-----上述废水在脱色的同时，处理水中的BOD/COD值显著提高。
⑵ 石油废水；皮革废水；造纸废水、木材加工废水。
-----上述废水处理水后的BOD/COD值大幅度提高。
⑶ 电镀废水；印刷废水；采矿废水；其他含有重金属的废水。
-----可以从上述废水中去除重金属。
⑷ 有机磷农业废水；有机氯农业废水。
-----大大提高上述废水的可生化性，且可除磷，除硫化物。
三、设计参数
设计原则
微电解是集合电化学、吸附、凝聚和氧化还原反应等作用的结果，主要影响微电解处理效果的因素有pH值、水温、反应时间及曝气程度等。根据国内外对化学合成类废水的研究分析及实验总结，微电解塔对处理该类废水的最适宜工作环境，选定本工程中电解塔的工作环境是：pH=3，铁炭体积比为1：1，铁屑粒径约在5~10目，反应时间为90min。
废水由微电解塔的底部进入塔内，上行经过填料床后，流入上部的周边淹没孔口，进入集水槽。铁碳填料选用LAT-TC03新型微电解填料，上部利用筛网压板来防止填料因为膨胀而发生流失。填料是放置在承托层之上，穿孔板作为支承。采用连续进水、连续曝气的方式，定期对铁碳填料进行反冲洗。冲洗时需关闭微电解塔的进水阀以及集水槽的出水阀。再使冲洗水从上部进水塔内，从底部出水至污泥浓缩池。
塔为玻璃钢结构。塔的内壁做三油两布防腐，外漆采用中灰，一底两面。塔的外壁须设置有卸料口、铁爬梯等。
设计计算
| 设计处理水量 Q | Q =***m³/d |
| 水力停留时间T | ****h |
| 铁碳微电解池容积V | ****m³ |
| 设计铁碳微电解池高度H | ****m（有效水深 ****m） |
| 设计铁碳微电解池填料高度h | ****m |
| 设计铁碳微电解池填料体积V’ | ****m³ |
| 铁碳微电解池尺寸 | L*B*H |
| 铁碳微电解池布气系统 |
取气水比：15:1，所需 =****m³ |
| 铁碳微电解池数量 | ***个 |