鐵碳微電解填料
微電解是一種利用金屬腐蝕原理處理廢水的良好工藝，也稱為內(nèi)電解和鐵屑過濾。該方法具有適用范圍廣、處理效果好、使用壽命長(zhǎng)、成本低、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。，并且不需要消耗動(dòng)力資源，這使得該工藝技術(shù)自誕生以來就在美國(guó)、蘇聯(lián)、日本等**引起廣泛關(guān)注。該工藝于20世紀(jì)70年代應(yīng)用于廢水處理，而我國(guó)在這方面的研究始于20世紀(jì)80年代，但當(dāng)時(shí)存在嚴(yán)重的填料硬化問題。由于硬化問題，當(dāng)時(shí)技術(shù)沒有得到廣泛推廣。近年來，濰坊華興環(huán)保材料有限公司通過高溫冶煉技術(shù)將鐵和碳融為一體，形成了一種新型鐵碳微電解填料。這種鐵碳一體填料克服了硬化的外部條件，使得微電解技術(shù)近年來發(fā)展迅速。廣泛用于印染廢水、電鍍廢水、線路板廢水、橡膠助劑廢水、有機(jī)硅廢水、雙氧水廢水、樹脂廢水、硝基苯廢水、苯胺廢水、制藥廢水、焦化廢水、造紙廢水、石化廢水、含砷含氰廢水的處理。
新型鐵碳微電解填料在克服硬化方面的突破；
鐵碳微電解技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段:
階段:
這一階段的鐵碳床由小鐵屑和小碳粒組成。使用方法是將鐵屑和碳?；旌暇鶆?，然后裝入反應(yīng)罐中，然后讓水流過，從而達(dá)到凈水的目的。但運(yùn)行幾天內(nèi)，鐵屑和碳粒會(huì)結(jié)塊，反應(yīng)效果急劇下降，棄罐。
第二階段:
在這一階段，在反應(yīng)設(shè)備中加入攪拌設(shè)備以解決硬化問題。攪拌設(shè)施對(duì)克服硬化有一定的作用，但由于硬化條件不是從根本上克服，短期內(nèi)由于旋轉(zhuǎn)扭矩增大，電機(jī)功率會(huì)不足，*終會(huì)使設(shè)備無法運(yùn)行。
第三階段:
通過濰坊華興環(huán)保材料有限公司的技術(shù)研究，徹底改變了填料的現(xiàn)有狀態(tài)，公司通過高溫冶煉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鐵炭一體化。因此，鐵碳微電解填料由兩種物質(zhì)變?yōu)閱我晃镔|(zhì)，兩種物質(zhì)不具有相互粘附的化學(xué)性質(zhì)，徹底解決了硬化問題，省去了外力攪拌。
鐵碳微電解的基本原理；
(1)電極反應(yīng)。
鐵碳微電解是基于電化學(xué)中的電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)鐵和碳浸入電解質(zhì)溶液中時(shí)，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，會(huì)形成無數(shù)個(gè)原電池系統(tǒng)，并在其作用空間內(nèi)形成電場(chǎng)。
鐵碳原電池反應(yīng)；
陽極:Fe-2e→Fe2+E(Fe/Fe2+)=0.44V..
陰極:2h++2e→h2e(h+/H2)=0.00v
在氧氣存在下，陰極反應(yīng)如下:
O2+4H++4e→2H2OE(O2)=1.23V.
O2+2H2O+4e→4OH-E(O2/OH-)=0.41V.
一般來說，微電解反應(yīng)是一種電偶反應(yīng)，其中鐵原子和碳原子彼此相鄰或分離。這種鐵碳接觸不利于電子轉(zhuǎn)移，電荷效率低，所以廢水中有機(jī)物的去除效率普遍較低。同時(shí)，鐵和碳一旦脫層，對(duì)有機(jī)物的去除會(huì)更加不利。
結(jié)構(gòu)形成的原電池反應(yīng):這種鐵碳接觸不存在鐵和碳的分層問題，所以更有利于電子的轉(zhuǎn)移，對(duì)廢水中的有機(jī)物具有更高的電荷效率和去除效率。
(2)氧化還原反應(yīng)。
鐵還原。
鐵是一種活性金屬，在酸性條件下可以將一些重金屬離子和有機(jī)物還原成還原態(tài)，如:
(1)將汞離子還原成元素汞:
(2)將六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻；
(3)還原偶氮染料的發(fā)色團(tuán)；
(4)將硝基還原成氨基:
鐵的還原使廢水中的重金屬離子轉(zhuǎn)化為單質(zhì)或沉淀去除，使部分大分子染料降解為小分子無色物質(zhì)，具有脫色作用，提高廢水的可生化性。
氫的氧化和還原。
電極反應(yīng)得到的新生態(tài)氫具有很大的活性。它能與廢水中的多種成分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞生色基團(tuán)和助色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，破壞偶氮鍵，將大分子分解為小分子，將硝化產(chǎn)物還原為氨基化合物，從而達(dá)到脫色的目的。一般情況下，[H]在Fe2+的共同作用下，會(huì)破壞偶氮鍵，將硝基還原為氨基。
電化學(xué)附著。
當(dāng)鐵和碳化鐵或其他雜質(zhì)之間形成一個(gè)小原電池時(shí)，它周圍就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。許多廢水中存在穩(wěn)定的膠體，如印染廢水。當(dāng)這些膠體處于電場(chǎng)中時(shí)，它們將通過電泳附著。
在電場(chǎng)的作用下，膠體粒子的電泳速度可由下式計(jì)算:
其中:v-膠體粒子的電泳速度(厘米/秒)
-電位(v)
D——分散介質(zhì)的介電常數(shù)。
E——電場(chǎng)強(qiáng)度(v/cm)
-分散介質(zhì)的粘度(帕秒)
k系數(shù)。
理論上，電泳沉積過程可以在20秒內(nèi)完成。
物理吸附。
在弱酸性溶液中，填料豐富的比表面積表現(xiàn)出較高的表面活性，能吸附多種金屬離子，促進(jìn)金屬去除。
鐵的凝結(jié)和沉淀。
在酸性條件下，會(huì)產(chǎn)生Fe2+和Fe3+。Fe2+、Fe3+是很好的絮凝劑。當(dāng)溶液的酸堿度調(diào)節(jié)到堿性，O2存在時(shí)，會(huì)形成良好的鐵(OH)2和鐵(OH)3絮凝劑，并發(fā)生絮凝沉淀。反應(yīng)式如下:
生成的Fe(OH)3是一種膠體絮凝劑，其吸附能力高于用普通化學(xué)品水解得到的Fe(OH)3。這樣廢水中原有的懸浮固體、微細(xì)胞反應(yīng)產(chǎn)生的不溶物、構(gòu)成色度的不溶染料都可以被它們吸附濃縮。
鐵離子的沉淀。
在電池反應(yīng)產(chǎn)物中，F(xiàn)e2+、Fe3+還會(huì)與一些無機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，形成沉淀，將這些無機(jī)物去除，從而降低其對(duì)后續(xù)生化段的毒性。比如S2I，CN-，等等。會(huì)生成FeS、Fe3[Fe(CN)6]2、Fe4[Fe(CN)6]3等。，并被移除。
鐵碳微電解填料的物理性能；
鐵碳微電解填料的堆積密度:1.0噸/立方米。
鐵碳微電解填料的外觀形狀為扁圓形(2厘米*3厘米)
鐵碳微電解填料強(qiáng)度:2000kg/cm2。
鐵碳微電解填料比表面積:1.5m2/g。
鐵碳微電解填料的孔隙率為70%
鐵碳微電解填料化學(xué)成分:鐵85%，碳10%，催化劑5%
工藝影響因素和設(shè)計(jì)參數(shù):
影響微電解工藝廢水處理效果的因素很多，如pH值、停留時(shí)間、處理負(fù)荷、鐵碳比、通風(fēng)量等。這些因素的變化會(huì)影響過程的效果，有些還可能影響反應(yīng)機(jī)理。
PH值。
通常情況下，pH值是一個(gè)關(guān)鍵因素，直接影響鐵碳微電解填料對(duì)廢水的處理效果。而且pH范圍不同，反應(yīng)機(jī)理和產(chǎn)物形式也有很大不同。一般在pH值較低時(shí)，反應(yīng)會(huì)因?yàn)镠+量較大而進(jìn)行較快，但pH值越低越好，因?yàn)閜H值的降低會(huì)改變產(chǎn)物的存在形式，如破壞反應(yīng)后生成的絮體，產(chǎn)生有色的Fe2+，使處理效果變差。所以一般控制在pH值微酸性的條件下，當(dāng)然是根據(jù)實(shí)際廢水性質(zhì)而變化的。
停留時(shí)間。
停留時(shí)間也是影響工藝設(shè)計(jì)的主要因素，停留時(shí)間的長(zhǎng)短決定氧化還原作用時(shí)間的長(zhǎng)短。停留時(shí)間越長(zhǎng)，氧化還原越徹底。但由于停留時(shí)間長(zhǎng)，鐵的消耗量會(huì)增加，會(huì)使溶解的Fe2+大大增加，氧化成Fe3+，導(dǎo)致色度增加，以及后續(xù)處理的各種問題。所以停留時(shí)間越長(zhǎng)越好。此外，不同種類的廢水由于其成分不同，停留時(shí)間也不同。停留時(shí)間也取決于進(jìn)水的初始酸堿度。當(dāng)進(jìn)水初始pH值較低時(shí)，停留時(shí)間可以相對(duì)較短；相反，當(dāng)進(jìn)水初始pH值較高時(shí)，停留時(shí)間應(yīng)相對(duì)較長(zhǎng)。
通風(fēng)能力。
鐵屑曝氣有利于三價(jià)砷等一些物質(zhì)的氧化，并能增加出水的絮凝效果。但過度曝氣也會(huì)影響水與鐵屑的接觸時(shí)間，降低去除率。在中性條件下，曝氣可以提供更多的氧氣，促進(jìn)陽極反應(yīng)。另一方面，它還起到攪拌和振蕩的作用，減弱濃差極化，加速電極反應(yīng)的進(jìn)程，通過向體系中加入催化劑改善陰極的電極性能，增強(qiáng)其電化學(xué)活性，促進(jìn)電極反應(yīng)的進(jìn)程，取得了顯著的效果。
溫度。
隨著溫度的升高，還原反應(yīng)可以加速，但加速主要在反應(yīng)初期。
