【加工】铁碳填料/铁碳微电解填料
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铁碳微电解反应器(固定床) 1. 应用范围随着工业的发展，污水处理的难度也越来越大。在难降解工业废水的处理技术中，微电解技术正日益受到重视，并已广泛应用在工程实际中。目前多用于化工、农药、染料、制药等色度高、可生化性差废水，用于降低有机污染和搞高废水可生化性。 2. 技术原理废水的铁内电解法的原理非常简单,就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微电池是以电位低的铁为阴极,电位高的碳做阳极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。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。当污水通过含铁和碳的填料时，铁成为阳极，碳成为阴极，并有微电流流动，形成了千千万万个微小电池，产生“内电解”，发生腐蚀，也就是氧化还原反应： 　　阳极反应： Fe-2e一Fe2+　E0(Fe2+/Fe)=-0.44V 　　阴极反应： 2H++2e→H2↑　E0(H+/H2)=0.00V 　　当有氧气时：O2+4H++4e→2H2O　E0(O2)=1.23V 　　　　　　　　O2+2H2O+4e→40H-　E0(O2/OH-)=0.40V 　　上述反应在酸性和充氧的情况下腐蚀最甚，并具有如下被证实了的功能：由于有机物参预阴极的还原反应，使官能团发生了变化改变了原有机物性质，降低了色度，改善了 B/C值；一些无机物也参预反应生成沉淀得以去除，如：Fe2++S2-→FeS↓; 废水的胶体粒子和微小分散的污染物受电场作用，产生电泳现象，向相反电荷的电极移动，并聚集在电极上使水澄清；阳极生成的新生态Fe2+经石灰中和生成的Fe(OH)3，有极强的吸附能力，使水得以澄清；阴极生成的氢气，具有气浮效应。 2.1 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。 2.2 氧化还原反应 2.2.1 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。 2.2.2 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 当铁与碳化铁或其他杂质之间形成一个小的原电池，将在其周围产生一个电场，许多废水中存在着稳定的胶体如印染废水，当这些胶体处于电场下时将产生电泳作用而被附集。在电场的作用下，胶体粒子的电泳速度可由下式求出： 式中： V——胶体粒子的电泳速度(cm／s) ——电位(V) D——分散介质的介电常数 E——电场强度(V／cm) ——分散介质的粘度(Pa?S) K——系数 例如采用电位差为1.2V的废铁屑和焦炭粒，浸泡在电位为0.30mV的废水溶液中，粒料间的分离距离为0.10cm，可以得到5?0-3cm/s的分离速度，从理论上计算20s就可完成电泳沉积过程。 2.3 物理吸附在弱酸性溶液中，铁屑丰富的比表面积显出较高的表面活性，能吸附多种金属离子，能促进金属的去除，同时铁屑中的微碳粒对金属的吸附作用也是不可忽视的。而且铸铁是一种多孔性的物质，其表面具有较强的活性，能吸附废水中的有机污染物，净化废水，特别是加入烟道灰等物质时，其很大的比表面积和微晶表面上含有大量不饱和键和含氧活性基团，在相当宽的pH值范围内对染料分子都有吸附作用。 2.4 铁的混凝沉淀 在酸性条件下，用铁屑处理废水时，会产生Fe2 和Fe3 。Fe2 和Fe3 是很好的絮凝剂，把溶液pH调至碱性且有O2存在时，会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3很好的絮凝剂，发生絮凝沉淀。反应式如下： 生成的Fe(OH)3 是胶体絮凝剂，它的吸附能力高于一般药剂水解得到的Fe(OH)3吸附能力。这样，废水中原有的悬浮物，通过微电池反应产生的不溶物和构成色度的不溶性染料均可被其吸附凝聚。 2.5 铁离子的沉淀作用 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。
【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。
【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。