铁碳微电解预处理工业废水研究进程

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1、铁碳微电解预处理工业废水研究进程　　［摘要］铁碳微电解作为一种高效率、普适性强、可提高难降解污染物可生化性等特点的低能耗、低成本废水预处理技术，应用前景广泛。阐述了铁碳微电解反应机理，综述了包括微电解pH、停留时间、曝气量、铁碳比、铁水比等工艺优化研究现状，对其超声耦合、Fenton耦合等改进技术和在焦化、染料、制药、石油和造纸废水中的应用情况进行了分析，并指出了铁碳微电解存在的易板结等方面问题及该技术在理论、与其他技术耦合联用等方面需重点研究的发展趋势。　　［关键词］铁碳微电解；Fenton技术；废水处理　　铁碳微电解法又称内电解法、零价铁法〔1-2〕等，是最近30多年来兴起的废水

2、处理方法〔3-4〕。微电解法利用铁和碳在反应中形成具有较强还原能力的亚铁离子，去还原某些氧化态的有机物，并使得部分有机物开环裂解，从而达到提高废水可生化性的目的。当前，铁碳微电解技术仍存在铁屑结块、填料钝化、活性衰减导致的处理成本偏高等技术难题，笔者就铁碳微电解技术的基本原理，重点对铁碳微电解工艺优化、新技术的研发和应用进展进行简述，并对其发展方向提出了展望。　　铁碳微电解技术是基于金属腐蚀电化学的基本原理，将具有不同电化学电位的金属和非金属置于导电性较好的废水中，利用低电位的Fe和高电位的C在废水中所产生的电位差，形成无数的原电池，由此引起一系列作用并用于工业废水处理。目前微电解技

3、术处理污染物的主要反应涉及到电极反应、铁还原作用以及吸附和絮凝作用等〔5-6〕。微电解产生的新生态Fe2+具有较强的还原能力，可破坏发色基团的结构而降低色度，并且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，从而提高废水的可生化性〔7-8〕；同时通过电极反应得到的新生态H+也具有较强的活性，也可改变有机物发色基团和助色基团的分子结构，如使偶氮键破裂、大分子分解为小分子、硝基化合物还原为氨基化合物，从而达到脱色的目的〔9-10〕。在有氧和接近中性条件下时，Fe2+和Fe3+与水中的OH-结合形成Fe2和Fe3，新生态的Fe2和Fe3具有较强的吸附能力，能吸附废水中的悬浮物

4、颗粒、部分有色物质以及微电解产生的部分不溶物，絮凝成团后沉淀，起到了较好的絮凝作用。再对微电解出水进行Fenton处理，可提高对废水中有机物的去除效果〔11〕。　　当前，对铁碳微电解技术预处理废水效果的影响因子的研究主要包括停留时间、废水pH、铁碳体积比和铁水质量比等。　　停留时间　　停留时间是影响铁碳微电解处理效果的最重要因素之一，且不同工业废水对停留时间的要求也各不相同，差距较大，短则30min，长则3h以上。刘娟娟〔12〕在研究微电解-Fenton组合工艺处理亚麻废水的实验结果表明，单独采用微电解法时，控制铁碳比为1∶1，进水pH=3，采用曝气方式，停留时间选取1、2、3、4、

5、5h，其COD去除率分别为%、%、%、%、%，说明停留时间并非越长越好，一般来说，延长停留时间可增加铁的溶解量，而溶液中Fe2+、Fe3+量的增加将有助于有机物的降解和絮凝效果的增强；但延长停留时间过长将导致铁屑表面钝化，在铁的表面形成一层致密的氧化膜，阻碍了铁碳微电解的继续进行，表现为COD的去除率稳定在一定范围内，甚至出现下降。　　废水pH　　赵美霞〔13〕对精制棉废水的铁碳微电解处理效果的对比研究结果表明，随着pH的增加，COD去除效果逐渐降低，在pH=1时去除效果最佳，综合考虑，选择废水初始pH=3为佳。张博〔14〕对不同pH条件下的高浓度有机废水铁碳微电解处理效果也进行过类

6、似研究，在反应时间为45min、铁水比1∶6、铁碳比1∶1的条件下，设计了pH分别为、、、、、、、、共9个梯度的对比试验，其结果表明，以pH=处理效果最优，COD去除率达到62%。　　铁碳体积比　　铁碳比相近，能形成的原电池数量更多，电势增加有利于微电解反应的进行。现有开展铁碳体积比对废水处理效果影响的研究报道大多选择以1∶1为较优。其中，杜海霞〔15〕采用Fenton-微电解耦合技术处理酰胺类废水，在DMF质量浓度为1000mg/L、pH=3、停留时间60min、采用海绵铁和活性炭时，设定铁碳比3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，其COD去除率依次为27%、32%、40%、36

7、%、33%，较优铁碳比为1∶1。李海松等〔16〕对Fenton-微电解耦合技术在造纸废水处理中的应用进行了研究，pH为3、停留时间60min、固液比1∶10时，铁碳比分别为4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4，COD去除率依次为61%、61%、66%、69%、65%、61%、61%。　　铁水质量比　　铁水质量比高低直接关系到在酸性条件下溶出Fe2+在微电解反应体系中的浓度，而反应体系中Fe2+浓度是影响微电解反应速率以及降解率的主要参数。