鐵碳微電解

基本概述

   鐵碳微電解是當將鐵屑和碳顆粒浸沒在酸性廢水中時，由於鐵和碳之間的電療電位差，廢水中會形成無數個微原電池。這些細微電池是以電位低的鐵成為陽極,電位高的碳做陰極,在含有酸性電解質的水溶液中發生電化學反應的。反應的結果是鐵受到腐蝕變成二價的鐵離子進入溶液。由於鐵離子有混凝作用,它與污染物中帶微弱負電荷的微粒異性相吸,形成比較穩定的絮凝物(也叫鐵泥)而去除，為瞭增加電位差，促進鐵離子的釋放,在鐵-碳床中加入一定比例銅粉或鉛粉。其中電位低的鐵成為陽極，電位高的碳成為陰極，在酸性充氧條件下發生電化學反應，其反應過程如下：

陽極(Fe): Fe- 2e→Fe2+,

陰極(C) : 2H++2e→2[H]→H2,

反應中，產生的瞭初生態的Fe2+和原子H，它們具有高化學活性,能改變廢水中許多有機物的結構和特性,使有機物發生斷鏈、開環等作用。

若有曝氣，即充氧和防止鐵屑板結。還會發生下麵的反應：

O2+ 4H+ +4e→2H2O；

O2+ 2H2O+ 4e→4OH－；

2Fe2+ +O2+4H+→2H2O+ Fe3+。

反應中生成的OH－是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐漸水解生成聚合度大的Fe(OH)3膠體絮凝劑,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,從而增強對廢水的凈化效果。

反應原理

電化學反應的氧化還原。

鐵屑對絮體的電附集和對反應的催化作用。電池反應產物的混凝，新生絮體的吸附和床層的過濾等作用的綜合效應的結果。其中主要作用是氧化還原和電附集，廢鐵屑的主要成分是鐵和碳，當將其浸入電解質溶液中時,由於Fe和C之間存在1.2V的電療電位差,因而會形成無數的微電池系統,在其作用空間構成一個電場，陽極反應生成大量的Fe2+進入廢水,進而氧化成Fe3+,形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑。陰極反應產生大量新生態的[H]和[O],在偏酸性的條件下,這些活性成分均能與廢水中的許多組分發生氧化還原反應,使有機大分子發生斷鏈降解,從而消除瞭有機物尤其是印染廢水的色度,提高瞭廢水的可生化度,且陰極反應消耗瞭大量的H+生成瞭大量的OH-,這使得廢水的pH值也有所提高。

當廢水與鐵碳接觸後發生如下電化學反應:

陽極:Fe-2e—→Fe Eo(Fe/Fe)=0.4

陰極:2H++2e—→H2 Eo(H+/H2)=0V

當有氧存在時,陰極反應如下:

O2+4H++4e—→2H2O Eo(O2)=1.23V

O2+2H2O+4e—→4OH- Eo(O2/OH-)=0.41V

有試驗在鐵碳反應後加H2O2，陽極反應生成的Fe2+可作為後續催化氧化處理的催化劑,即Fe2+與H2O2構成Fenton試劑氧化體系。陰極反應生成的新生態[H]能與廢水中許多組分發生氧化還原反應,破壞染料中間體分子中的發色基團(如偶氮基團),使其脫色。通過鐵碳曝氣反應,消耗瞭大量的氫離子,使廢水的pH值升高,為後續催化氧化處理創造瞭條件。

催化氧化原理向廢水中投加適量的H2O2溶液與廢水中的Fe2+組成試劑,它具有極強的氧化能力,特別適用於難降解有機廢水的治理。Fenton試劑之所以具有極強的氧化能力,是由於HO被Fe催化分解產生·OH(羥基自由基)。

生化性能改善和色度去除的機理

微電解對色度去除有明顯的效果。這是由於電療反應產生的新生態二價鐵離子具有較強的還原能力,可使某些有機物的發色基團硝基—NO2、亞硝基—NO還原成胺基—NH2 ,另胺基類有機物的可生化性也明顯高於硝基類有機物;新生態的二價鐵離子也可使某些不飽和發色基團(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-)的雙鍵打開,使發色基團破壞而除去色度,使部分難降解環狀和長鏈有機物分解成易生物降解的小分子有機物而提高可生化性。此外,二價和三價鐵離子是良好的絮凝劑,特別是新生的二價鐵離子具有更高的吸附-絮凝活性,調節廢水的pH可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀,吸附污水中的懸浮或膠體態的微小顆粒及有機高分子,可進一步降低廢水的色度,同時去除部分有機污染物質使廢水得到凈化。