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铁碳微电解/内电解原理及存在问题
日期:2014-03-28 11:56  点击:636
 
 
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微电解/内电解原理及存在问题

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,并已在工程实际中。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成为阴极,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。为了增加电位差,促进铁离子的释放,在铁-碳床中加入一定比例铜粉或铅粉。
  
  经微电解后,BOD/COD升高了,那是因为一些难降解的大分子被碳粒所吸附或经铁离子的絮凝而减少。不少人以为微电解可有分解大分子能力,可使难生化降解的物质转化为易生化的物质,并搬出理论依据是“微电解反应中产生的新生态[H]可使部分有机物断链,有机官能团发生变化”。但用甲基澄和酚做试验并没有证实微电解有分解破化大分子结构能力。
  
  如果要让铁碳床有分解有机大分子能力,一般需要加入过氧化氢,利用微电解产生的亚铁离子催化,生成羟基自由基才有可能分解转化有机污染物。同样,反应要在酸性的条件下才能进行。根据工程试验,铁碳床微电解刚开始的效果很理想,特别是处理酸性的有机废水,但运行两个月后,效果急剧下降。一方面,铁泥堵塞,另一方面炭也吸附饱和。反冲洗可减缓铁泥堵塞,但解决不了效果下降问题,往往需要更换填料,而在在实际工程中更换填料工作量很大。
  
  另外,微电解大都是采用固定式的铁碳床工艺, 而铁碳床的板结是一个非常令人头痛的问题。有人称他们的微电解技术可解决板结问题,只要用固定床,板结迟早会发生,爆气也没多大用。
  
  要解决板结必须打破固定床,避免铁泥堵塞。但问题是一旦打破固定床,铁-碳两种颗粒物接触减弱,铁氧化失去的电子难以流向碳,致使H离子在铁颗粒得电子,产生的H2包着铁颗粒,使其难于继续氧化溶解。没有铁的溶解,用微电解预处理废水成为空话。
  
  现在不少环保设计单位开始试用流化床(fluidized bed system)代替固定床(fixed-bed system)的微电解,但流化床铁和炭难以紧密接触,微电池回路差,反应速度慢。因此,如果能解决流化床中铁失去的电子流向的问题,就不必用固定床,板结问题也就不会存在,铁屑补充也方便。
  
  讨论1:经微电解后,BOD/COD升高了,那是因为一些难降解的大分子被碳粒所吸附或经铁离子的絮凝而减少。不少人以为微电解可有分解大分子能力,可使难生化降解的物质转化为易生化的物质,并搬出理论依据是“微电解反应中产生的新生态[H]可使部分有机物断链,有机官能团发生变化”。但用甲基澄和酚做试验并没有证实微电解有分解破化大分子结构能力。
  
  
  降解大分子有机物不是万能的,楼主只是表明微电解不能降解甲基橙和酚,但是可以降解其他大分子有机物阿。
  
  
  讨论2:另一方面炭也吸附饱和
  
  
  按照这个意思,那微电解的主要作用不就成了活性炭吸附了?微电解运行一段时间效果下降,并不是炭吸附饱和,而是降解产物包裹铁炭表面而使铁炭无法有效接触,不能形成原电池了,因此,微电解的主要作用就无法进行,导致效果下降。
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微电解反应:
  
阳极( Fe ) Fe - 2e---- Fe2 Eo(Fe2 /Fe)= -0.44V
阴极( C ) 2H 2e ----H2 Eo(H /H2) = 0.00V
其电位,一个是负的,一个是零。在原电池里,此有负的做阳极之理,不管原电池是宏观或微观的,还原电位低的那方是阴极。

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微电解技术具有处理效果显著、投资少、运行费用低等优点,在不同种类工业废水和生活污水的应用中取得了良好的处理效果。但是随着运行时间的延长,在铁的表面会生成一层致密的钝化膜,使处理效果下降。 针对普遍存在的钝化问题 ,杂散电流理论和三维电极电解槽装置设计了倒极强化微电解装置。利用杂散电流对铁的腐蚀可强化微电解过程,颠倒正负极产生的氢气可剥离钝化层。试验结果表明:(1)电极直径越大、倒极周期越小、外加电压越大,处理效果越好。(2)倒极强化微电解装置有效地减缓了钝化的产生,将酸洗周期延长了3倍,并较大程度上强化了处理效果,比动态强化微电解装置能耗低。 针对微电解技术中存在的有机废水处理效果不高的问题, 从资源化的角度,先采用简单常压蒸馏回收废水中的部分有机物,再经动态强化微电解-Fenton试剂—中和沉淀组合工艺处理。原水CODCr由105600mg/L降为44521mg/L,去除率达到57.8﹪,BOD5/CODCr为0.53,为后续处理创造了良好的条件。 通过Tafel曲线和交流阻抗电化学测试分析铁电极腐蚀的界面层表明:(1)溶液中溶解一定的氧可以增大铁的腐蚀效率,实际废水微电解处理时可以通过曝气来强化处理效果。(2)水质成分对铁的腐蚀有一定程度的影响。随着溶液中Cl-浓度的增大,可以加快铁电极表面的腐蚀速率,减缓铁电极表面的钝化。(3)铁电极在含NO3-的溶液中不活跃,更容易发生钝化。
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