铁碳微电解技术概述

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

(l)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+→Fe2++H2↑

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-→2[H]→H2

E O(H+/H 2)=0.ooV

当有O2存在时:

02+4H++4e→2H2 O(酸性溶液)(1.4)

E O(O2)=1.23V

02+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E0最大，反应(l.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-→Fe(OH)2↓(1.6)

4Fe2++8OH-+O2+2H2O→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)6]2、Fe4[Fe(CN)6]3等沉淀而被去除。

(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。