铁碳微电解处理高浓度有机废水.doc

微电解法
技术概述：
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，也不需要消耗电力资源，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，并取得了实用性的成果。该工艺是20世纪70年代应用到废水治理中的，而我国从20世纪80年代开始这一领域的研究，也已有不少文献报道。特别是近几年来，进展较快，在印染、造纸、电镀、石油化工废水以及含砷、含氰废水治理方面相继有运行报道。
微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，又称内电解法。它是在不通电的情况下,利用填充在废水中的微电解材料自身产生1.2V电位差对废水进行电解处理，以达到降解有机污染物的目的。当系统通水后，设备内会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场。在处理过程中产生的新生态[H] 、Fe2 + 等能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，达到降解脱色的作用；生成的Fe2 + 进一步氧化成Fe3 +，它们的水合物具有较强的吸附- 絮凝活性，特别是在加碱调pH 值后生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂，它们的吸附能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体，能大量吸附水中分散的微小颗粒，金属粒子及有机大分子。其工作原理基于电化学、氧化- 还原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用对废水进行处理。该法具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、操作维护方便，不需消耗电力资源等优点。该工艺用于难降解高浓度废水的处理可大幅度地降低COD和色度，提高废水的可生化性，同时可对氨氮的脱除具有很好的效果。

传统上微电解工艺所采用的微电解材料一般为铁屑和木炭，使用前要加酸碱活化，使用的过程中很容易钝化板结，又因为铁与炭是物理接触，之间很容易形成隔离层使微电解不能继续进行而失去作用，这导致了频繁地更换微电解材料，不但工作量大成本高还影响废水的处理效果和效率。另外，传统微电解材料表面积太小也使得废水处理需要很长的时间，增加了吨水投资成本，这都严重影响了微电解工艺的利用和推广。
铁碳微电解填料是目前处理印染、电镀、造纸、医药、硝基苯、苯胺、有机硅、印刷线路板、焦化、畜牧、双氧水化工、石油化工、橡胶助剂化工以及含苯环化工废水的一种理想工艺。
但是传统的微电解填料（铁屑+碳粒）有板结缺陷。
由我公司研发的铁碳微电解填料，突破了传统填料板结钝化的瓶颈，使得铁碳微电解技术被冰封之后重新得以推广。
铁碳微电解填料通过13000摄氏度的严格控温技术将铁及金属催化剂与炭包容在一起形成架构式铁炭结构。
①此结构铁与炭永远是一体，不会像铁炭组配组合容易出现铁与炭分离，影响原电池反应。②铁炭一体可降低原电池反应的电阻，从而提高电子的传递效率，提高处理效率。③铁炭一体可以避免钝化的产生，架构式的铁炭结构可以避免钝化。
铁碳微电解填料是铁炭微电解技术的一次技术革命。她的广泛应用将为化工等行业的发展带来新的生机。
铁碳微电解填料采用固定流化床运行方式，其操作维护方便，运行安全可靠。
二、工作原理：
● 一般原理：铁炭微电解是基于电化学中的原电池反应。当铁和炭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，可使某些有机物还原，也可使某些不饱和基团(如羧基—COOH、偶氮基-N＝N-)的双键打开，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。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，从而消除了有机废水的色度，提高了废水的可生化性。

铁炭原电池反应：
阳极：Fe - 2e → Fe2+ E (Fe/Fe2+) = 0.44V
阴极：2H+ + 2e → H2 E (H+/H2) = 0.00V
当有氧存在时,阴极反应如下：
O2 + 4H+ + 4e → 2H2O E (O2) = 1.23V
O2 + 2H2O + 4e → 4OH- E (O2/OH-) = 0.41V
● 一般铁碳微电解反应为：铁原子与炭原子是紧挨着或分开而形成原电池反应。这种铁炭接触不利于电子的转移，电荷效率较低，因此废水中有机物的去除效率一般也较低。同时当铁炭一旦分层将更不利于有机物的去除。如图A、B

铁碳微电解填料微电解反应为：铁原子与炭原子是相互包容组成架构而形成的原电池反应。这种铁炭接触不存在铁与炭的分层问题，因此更有利于电子的转移，电荷效率较高，废水中有机物的去除效率也较高。如图C

三、技术特点：
(1) 反应速率快，一般工业废水只需要半小时至数小时；
(2) 作用有机污染物质范围广，如：含有偶氟、碳双键、硝基、卤代基结构的难除降解有机物质等都有很好的降解效果;
(3) 工艺流程简单、使用寿命长、投资费用少、操作维护方便、运行成本低、处理效果稳定。处理过程中只消耗少量的微电解反应剂。微电解剂只需定期添加无需更换，添加也无需进行活化直接投入即可。
(4) 废水经微电解处理后会在水中形成原生态的亚铁或铁离子，具有比普通混凝剂更好的混凝作用，无需再加铁盐等混凝剂，COD去除率高，并且不会对水造成二次污染；
(5) 具有良好的混凝效果，色度、COD去除率高，同时可在很大程度上提高废水的可生化性。
(6) 该方法可以达到化学沉淀除磷的效果，还可以通过还原除重金属；
(7) 对已建成未达标的高浓度有机废水处理工程，用该技术作为已建工程废水的预处理，在降解COD的同时提高废水的可生化性，可确保废水处理后稳定达标排放。也可对生化后废水进很行微电解或微电解联合生物滤床的工艺进行深度处理。
(8)该技术各单元可作为单独处理方法使用，又可作为生物处理的前处理工艺，利于污泥的沉降和生物挂膜
【技术背景】
有机废水特别是高盐高浓度有机废水处理，一直是国内众多环保工作者及管理部门关注的难题。随着我国化学工业的快速发展，各种新型的化工产品被应用到各行各业，特别是医药、化工、电镀、印染等污染工业中，在提高产品质量、品质的同时也带了日益严重的环境污染问题，主要表现在：废水中有机污染物浓度高、结构稳定、生化性差，常规工艺难以实现达标排放，且处理成本高，给企业节能减排带来极大的压力。
【产品关键创新点】
1、 由多元金属熔合多种催化剂通过高温熔炼形成一体化合金，保证“原电池”效应持续高效。不会像物理混合那样出现阴阳极分离，影响原电池反应。
2、 架构式微孔结构形式，提供了极大的比表面积和均匀的水气流通道，对废水处理提供了更大的电流密度和更好的催化反应效果。
3、 活性强，比重轻，不钝化、不板结，反应速率快，长期运行稳定有效。
4、 针对不同废水调整不同比例的催化成份，提高了反应效率，扩大了对废水处理的应用范围。
5、 在反应过程中填料所含活性铁做为阳极不断提供电子并溶解进入水中，阴极碳则以极小颗粒的形式随水流出。当使用一定周期后，可通过直接投加的方式实现填料的补充，及时恢复系统的稳定，还极大地减少了工人的操作强度。
6、 填料对废水的处理集氧化、还原、电沉积、絮凝、吸附、架桥、卷扫及共沉淀等多功能于一体
7、处理成本低，在大幅度去除有机污染物的同时，可极大地提高废水的可生化性；
8、 配套设施可根据规模和用户要求实现构筑物式和设备化，满足多种需求；
9、规格：1cm*3cm。
10、技术参数：比重： 1.2吨/立方米，比表面积： 1.2 平方米/克， 空隙率： 65% ，物理强度：≧600KG/CM2
铁碳微电解填料特点：
防板结：经过高温冶炼，铁和碳融合为一体，这种铁碳一体式结构呈现出蜂窝状构架，这种构架可以有效地防止板结。
高效性：铁碳一体式微电解填料内部有许多毛细管式的气孔，可以快速吸入废水，使其在内部反应，提高了反应效率。

破环、断链：相互靠近的铁和碳浸泡在溶解中时，会产生微电流，这种电流的综合作用会使得难降解化合物破环、断链。
耐受性：可以耐受废水水质波动的范围大，并且可以处理高浓度难降解废水。
提高可生化性：可以有效提高废水的B/C值，将难生化废水转化为易生化废水。
多效性：微电解反应可以产生多种效应，借助铁碳之间1.2伏的电位差，可以产生微电流；微电流又会刺激废水产生新生态的氢和新生态的氧，这些新生态的氢和氧具有很强的还原性和氧化性，会使得废水发生强烈的氧化还原反应，将难降解化合物转化为易降解化合物；同时产生的铁离子体现还原性的同时还是高效的絮凝剂。同时废水中的胶体物质还会产生电泳效应。
免更换：本填料的使用寿命是没有限制的，不用频繁的更换填料，省去了繁琐的更换填料的过程。
高强度：本填料的物理强度为600kg/cm2,可以承受水压能力强。

（9）比表面积大：比表面积为1.2m2/g，大比表面积可以使得填料充分的与废水混合，从而提高反应效率。

四、难降解废水去除原理分类：
废水水质
去除原理
印染废水
铁碳之间的微电流效应和磁场效应可以切断印染废水中污染物质的发色基团，从而使得废水脱色。
电镀废水、印刷线路板废水、含有重金属络合物废水
通过阳极产生的新生态的铁离子的还原效应可以破除重金属络合物，同时利用电泳效应和氢氧化铁的共沉淀作用，大幅降低废水中的重金属络合物和废水COD。
硝基苯废水、苯胺废水、焦化废水、石油化工废水、双氧水废水、橡胶助剂废水、含苯环化工废水
铁碳之间1.2V的电位差可以在废水污染物之间产生微小的磁场，电子在磁场力的作用下定向运动会切割化合物碳链和碳环，从而起到破环断链的作用，大幅降低cod的同时提高了废水的可生化性，将难降解废水转换为容易降解的废水。
医药废水
铁碳之间的的微电流效应可以将医药费水中稳定的化合物转化为容易分解的物质，同时降低cod,并且对医院废水中的病原体还具有消毒作用。
造纸废水
造纸废水颜色重，污染物质多，微电解的电流效应，磁场效应和氧化还原作用可以将废水中的长链纤维类多糖类物质转化为二糖甚至单糖类物质，大大提高其可生化性，转化为易降解物质。可以配合芬顿彻底去除。
畜牧废水、高浓度有机废水
微电解效应可以对高浓度有机废水断链并且破坏发色基团，降低cod，氨氮，磷化物效果明显。

五、各类废水铁碳微电解填料微电解小试结果：

养猪场废水第一次水样COD：12163.05mg/l，氨氮：1080.16mg/l；小试脱氮塔设备出水cod：1790.43mg/L；氨氮：13.28mg/l；小试微电解设备出水Cod：384.27mg/l。
电镀废水，原水cod：945，微电解之后cod：135。
硝基苯废水，原水cod：3800，硝基苯：82.5；铁碳微电解+芬顿工艺之后cod107，硝基苯：0.26。
苯胺废水，原水cod：5035，两级微电解+芬顿之后cod：113。
变性淀粉废水，原水cod:12000,两级微电解之后，cod：5875。
养牛废水原水cod：11034，两级微电解之后cod：1416，两级微电解+芬顿之后cod：857
化工废水，原水cod：20000，两级微电解+芬顿cod：1600

六、铁碳微电解填料产品形状：
项目
外观
粒径
有效成分
含铁量
强度

微电解填料
椭圆

1×3（cm）

铁+碳+贵金属催化剂
75％
600kg/cm2