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微电解工艺研究进展
微电解工艺研究进展
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,又称内电解法、铁屑过滤法等。该法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等优点,并使用废铁屑为原料,也不需消耗电力资源,具有“以废治废”的意义,使得该工艺技术自诞生开始,即在美、苏、日等国家引起广泛重视,已有很多的专利,并取得了一些实用性的成果。该工艺是在20世纪7O年代应用到废水治理中的,而我国从2O世纪8O年代开始这一领域的研究,也已有不少文献报导。特别是近几年来,进展较快,在印染废水、电镀废水、石油化工废水及含砷含氰废水的治理方面相继有研究报导,有的已投入实际运行。
1基本原理
微电解反应器内的填料主要有两种:一种为单纯的铁刨花;另一种为铸铁屑与惰性碳颗粒(如石墨、活性碳、焦炭等)的混台填允体。两种填料均具有微电解反应所需的基本元素:Fe和C。低电位的Fe与高电位的C在废水中产生电位差,具有一定导电性的废水充当电解质,形成无数的原电池,产生电极反应和由此所引起的一系列作用,改变废水中污染物的性质,从而达到废水处理的目的。
1.1电极反应
阳极(Fe):
阴极(C):
当有O2时:
由上述反应的标准电极电位E0可知,酸性充氧条件下电极反应的E0最大,有O2存在得情况下电极反应进行得最快,该反应不断消耗废水中的H+,使其pH值上升。因此,pH低、酸度大时,氧的电极电位提高,微电池的电位差加大,促进了电极反应的进行。这从理论上解释了酸性废水微电解反应效果较好的原因。
1.2氧化还原反应
1.2.1铁的还原作用
铁是活泼金属,在酸性条件下可使一些重金属离子和有机物还原为还原态,例如:
(1)将汞离子还原为单质汞:
(2)将六价铬还原为三价铬:
(3)将偶氮型染料的发色基还原:
(4)将硝基还原为胺基:
铁的还原作用使废水中重金属离子转变为单质或沉淀物而被除去,使一些大分子染料降解为小分子无色物质,具有脱色作用,同时提高了废水的可生化性。
1.2.2氢的氧化还原作用
电极反应中得到的新生态氢具有较大的活性。能与废水中许多组分发生氧化还原作用,破坏发色、助色基团的结构,使偶氮键破裂、大分子分解为小分子、硝基化台物还原为胺基化合物,达到脱色的目的。一般地,[H]是在Fe2+的共同作用下将偶氮键打断、将硝基还原为胺基。
1.3电化学附集
在电池反应的产物中,Fe2+和Fe3+也将和一些无机物发生反应生成沉淀物而去除这些无机物,以减少其对后续生化工段的毒害性。如S2一、CN-等将生成FeS、Fe3[Fe(CN)6]2、Fe4[Fe(CN)6]3等沉淀而被去除。
2工艺影响因素及设计参数
影响微电解工艺处理废水效果的因素有许多,如pH值、停留时间、处理负荷、铁屑粒径、铁碳比、通气量等。这些因素的变化都会影响工艺的效果,有些可能还会影响到反应的机理。
2.1pH值
通常pH值是一个比较关键的因素,它直接影响了铁屑对废水的处理效果,而且在pH值范围不同时,其反应的机理及产物的形式都大不相同。一般低pH值时,因有大量的H+,而会使反应快速地进行,但也不是pH值越低越好,因为pH值的降低会改变产物的存在形式,如破坏反应后生成的絮体,而产生有色的Fe2+使处理效果变差。而pH值在中性或碱性条件下,许多实际运行表明进行得不理想或根本不反应。因此,一般控制在pH值为偏酸性条件下,当然这也因根据实际废水性质而改变。
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?[引用]2007-03-2919:50:57.0
第4楼
2.2停留时间
停留时间也是工艺设计的一个主要影响因素,停留时间的长短决定了氧化还原等作用时间的长短。停留时间越长,氧化还原等作用也进行得越彻底,但由于停留时间过长,会使铁的消耗量增加,从而使溶出的Fe2+大量增加,并氧化成为Fe3+,造成色度的增加及后续处理的种种问题。所以停留时间并非越长越好,而且对各种不同的废水,因其成分不同,其停留时间也不一样。建议设计参数:染料废水停留时间为30min;硝基苯废水停留时间为40~60min;制罐废水停留时间为7~1Oh;制药生产废水停留时间为4h;含油废水停留时间为30~40min。停留时间还取决于进水的初始pH值,进水的初始pH值低时,则停留时间可以相对取得短一点;相反,进水的初始pH值高时,停留时间也应相对的长一点。停留时间还反映了铁屑用量,停留时间长也就是说单位废水的铁屑用量大。两个参数可以相互校核,共同控制。
2.3Fe/C比
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