
铁碳微电解技术概述.docx
5页1.4.1 铁炭微电解技术概述微电解技术,又称内电解、铁还原、铁炭法•零价铁法、铁屑过 滤法等技术,是被广泛研究与应用的一项废水处理技术1.4.2 铁炭微电解作用机理⑴氧化还原反应铁是活泼金属,在偏酸性水溶液中能够发生如下反应:Fe+2H+f Fe2++H f2当水中存在氧化剂时Fe2+可进一步被氧化为Fe3+从铁的电极电位 可以知道,在金属活动顺序表中排在铁后面的金属有可能被铁置 换出来而沉积在铁的表面上同样,其他氧化性较强的离子或化 合物也会被铁或亚铁离子还原成毒性较小的还原态铁的还原能 力也可使某些有机物被还原成还原态物质:硝基苯可被活性金属还 原成胺基就是其中一例,还原后的胺基有机物颜色较淡,且易被 微生物氧化分解,使废水中的色度得以降低,可生化性提高为进 一步的生化处理创造了条件2)原电池反应铸铁是铁和碳的合金,即由纯铁和碳化铁(Fe3C)及一些杂质组成, 碳化铁为极小的颗粒,分散在铁内,且碳化铁的腐蚀趋势低因 此,当铸铁屑浸入水中时就构成了成千上万个细小的微电池,纯 铁为阳极,碳化铁及杂质则成为阴极,发生电极反应,这就是微 观原电池当体系中有活性炭等宏观阴极材料存在时,又可以组 成宏观原电池。
这样,铁屑在受到微原电池腐蚀的同时又受到大 原电池的腐蚀,因而能加速电极反应其基本电极反应如下: 阳极反应:Fe-2e—Fe2+E(Fe2+/Fe)=-0.44 V阴极反应:2H++2e-f 2[H] — H2EO(H+/H 2)=0.ooV当有O2存在时:02+4H++4e—2H2 O(酸性溶液)(1.4)EO(O2)=1.23V02+2H2 O+4e—4OH-(碱性及中性溶液)(1.5)E0(O2/OH-)= 0.40V当然,阴极过程也可以是有机物的还原由上述电极反应的电极电位可知,在酸性充氧情况下电极反应的Eo最大,反应(1.4)进行 的最快,该反应不断消耗废水中的H+而使其pH上升,因此,反 应的 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从这理论上解释了酸性废水微电解反应 效果较好的原因由于Fe2+的不断生成能有效的克服阳极的极化作 用,从而促进铁的电化学腐蚀,使大量的Fe2+进入溶液,具有较高 的化学还原活性在酸性溶液中,电极反应所产生的新生态[H], 能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,破坏发色和助色基团 达到脱色目的;同时铁是活泼金属,它的还原能力可使某些氧化基 团组分被还原为还原态物质,废水的可生化性大大提高。
值得注 意的是,铁-碳原电池中,阴极发生的一系列中间反应产物,如 O2-、 H2O2,这些中间产物具有极强的氧化性3) 电化学富集 当铁与碳化铁或与其他杂质之间形成一个小的原电池时,将在其 周围产生一个电场,许多废水中均存在着稳定的带电胶体,当这 些胶体处于电场下时,将产生电泳作用而被附集4) 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极性,能 吸附多种金属离子,促进金属的去除,同时铁屑中的微炭粒对金 属的吸附作用也是不可忽视的;而且铁屑表面具有较高的活性,能 吸附废水中的有机污染物,净化废水另外反应过程中产生的新 的胶粒,其中心胶核是由许多Fe(oH)3聚合而成的有巨大比表面积 的不溶性粒子,这就使它易于吸附、共沉、裹挟大量的污染物质 从而达到去除污染物的目的5) 铁离子的混凝作用在酸性条件下,用铁屑处理废水时,会产生Fe2+和Fe3+Fe2+和Fe3+ 是很好的混凝剂,将溶液pH值调至碱性且有O2存在时会形成 Fe(oH)2和Fe(oH)3絮状沉淀反应式如下:Fe2++2OH-f Fe(OH)2 ( (1.6)4Fe2++8OH-+O2+2H2Of 4Fe(OH)3 ( (1.7)生成的 Fe(OH)2、Fe(OH)3 是胶体絮凝剂,具有一定的吸附能力。
这样,废水中原有的悬浮物质,通过原电池反应产生的不溶物和 构成色度的不溶性胶体均可被其吸附凝聚6) 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-、CN-等将生成FeS、Fe3[Fe(CN)丄、Fe4[Fe(CN)丄等沉淀而62 4 63被去除7) 电子传递作用铁是生物氧化酶中细胞色素的重要组成部分,通过Fe2+、Fe3+之间 的氧化还原反应进行电子传递口]微电解出水中新生态的铁离子 能参与这种电子传递,对生化反应有促进作用,提高了废水的可 生化性铁碳池对整个系统运行的作用从文献资料上看,工业废水通过铁碳池后,可以降低废水的 酸度,减少中和剂的使用量;废水的可生化性显著提高:在最佳 工艺条件下 COD 的去除率可达 60%左右,有人做的实验甚至到达 90%以上;色度去除率大于 90%铁碳池运行过程中出现的问题1 铁屑结块和表面钝化问题2 出水返色问题:由于铁屑被氧化成 Fe2+, 又生成 Fe3+, 它们的水解产 物 Fe(OH)2 和 Fe(OH)3 是造成返色现象的主要原因,并且未完全去除 的 Fe2+ 会在一定程度上加剧这种“返色”现象。
3 产生铁泥:这个好处理,可以送往炼铁厂或者掺和制作建筑材料 补充一个问题:铁碳池串联,即多次微电解处理,串联7 个得到的 结论是串联越多,COD呈逐步下降趋势,但是到300mg/L时,无法 进一步降低 COD 浓度但是没有提到出水的 pH 值的变化情况。












