水污染治理技术67-铁碳微电解课件

一、铁碳微电解原理二、铁碳微电解应用三、运行维护与管理四、微电解法的发展6.7铁碳微电解

6.7铁碳微电解

微电解法（内电解法）又称腐蚀电池法，铁屑过滤法。一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭构成微小的原电池，以充入的污水为电解质，以电化学反应为主，还可通过铁屑对絮体的电附集，混凝，吸附，过滤等综合作用来处理废水。

微电解（内电解）与电解（外电解）的区别：微电解工艺过程中不需要外接电源。酸性条件下铁炭原电池原理图电子一、铁碳微电解原理6.7铁碳微电解内电解：

两种具有不同电极电位的金属或（金属和非金属）相互接触或极为接近时，当浸没在导电介质中时，便形成原电池。A--Fe（铁）B--C(炭)

C--废水原电池原理图酸性溶液中；当铁和炭没有外在导体连接时。6.7铁碳微电解6.7铁碳微电解酸性溶液中；当铁和炭有外在导体连接时。6.7铁碳微电解一、铁碳微电解原理1、原电池反应

阳极(Fe)：

碳作为阴极，发生如下反应阴极(C)：在酸性和充氧条件下:在中性或碱性和充氧条件下：6.7铁碳微电解2、氧化还原反应①单质铁的还原性：金属活动顺序表中排在元素铁后面的金属离子可能被铁置换出来并沉积在铁表面；②Fe2+的还原性：阳极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力，一些氧化性较强的离子或者化合物能被Fe2+还原成毒性相对较小的还原态，例如，Cr6+在酸性条件下能被Fe2+还原Cr3+。

③新生态氢的还原性：电极反应中得到的新生态氢具有较大的活性，能与废水中的许多组分发生还原作用。④中间反应产物O2-、H2O2，的氧化性：铁-碳原电池中，阴极发生的一系列中间反应产物，如O2-、H2O2具有极强的氧化性。

6.7铁碳微电解3、铁的混凝作用

铁内电解法在处理废水过程中会产生大量的Fe2+和Fe3+，由Fe3+水解生的氢氧化铁胶体表面带正电荷，是很好的混凝剂，能与废水中带相反电荷的一些物质或者电解质发生沉聚作用。在中性或者碱性条件下，生成氢氧化铁及氢氧化亚铁能有效的吸附废水中的大分子物质。4、铁离子的共沉淀作用

在反应的产物中Fe2+和Fe3+也会和一些无机物发生反应生成沉淀物而使之去除。6.7铁碳微电解5、电化学附集作用

当铁与碳或其他杂质之间形成一个个小的原电池时，将在其周围产生许多微电场，废水中稳定的胶体粒子、极性分子和细小分散的污染物受微电场的作用后便会发生电泳，向相反电荷的电极移动，并且聚积在电极上，形成大颗粒而被附集，使废水COD值降低。6、物理吸附

铁屑因其丰富的比表面积以及多孔的特征，能吸附多种金属离子。同时投加的活性炭对金属有吸附作用。7、提供浮选动力

产生的微气泡吸附悬浮性物质，并将污染物带到水体表面，加以去除。6.7铁碳微电解内电解法处理废水主要有两种目的：（1）利用内电解法直接降解废水中的物质，使废水达标排放；（2）对生物难降解的物质，利用催化内电解法进行预处理，含有苯环、双键、强氧化基团、偶氮键的物质在阴极被还原。提高废水的可生化性，为后续处理做准备。6.7铁碳微电解6.7铁碳微电解铁碳微电解特点装置定型化操作简单以废治废处理成本低处理效果好适用范围广，可与其它方法联合使用6.7铁碳微电解二、铁碳微电解应用6.7铁碳微电解三、运行维护与管理微电解处理效果的影响因素停留时间进水pH值铁炭比和铁屑碳粒粒径曝气固液比微电解材料选择及组合方式6.7铁碳微电解（1）进水pH值

低pH值时，产生大量的H+，加快反应，但也不pH值过低，因pH值降低改变产物的存在形式，破坏生成的絮体，产生有色的Fe2+使处理效果变差。pH值过低消耗铁量大，产生铁泥多。一般控制pH值偏酸性条件，具体根据实际废水性质而改变，建议pH值范围3-6.5。6.7铁碳微电解（2）停留时间

处理效果随停留时间延长而提高，停留时间过长消耗大量铁、造成返色。不同废水因污染物不同，反应时间也不同。针对特定的废水，水力停留时间可从30min到数小时，具体应通过试验确定。6.7铁碳微电解（3）铁碳比和铁屑碳粒粒径含碳量增多会增加原电池的数目，有助于废水的处理，但含碳量过多，反而抑制了原电池的电极反应，更多的表现为碳的吸附作用。铁碳装填比通常为(2-l):1

铁屑与活性炭的粒径越小，表面积越大，微电解反应速度越快。但粒度越小，单位时间处理水量小，且易产生堵塞，采用小的填料粒径也会导致填料板结问题。铁屑与活性炭的粒径一般为1-2mm。6.7铁碳微电解（4）固液比铁碳加入的量越多废水处理效果会越好。但铸铁屑量多，装置反应能力不能充分利用，曝露的铁屑容易腐蚀结块。固液比降低处理效率，对后续的处理工艺造成负担。（5）曝气

氧气在酸性废水中发生电极反应，提高电极电位差,加速铁的溶解和新生态氢、氧、Fe2+、Fe3+的产生。曝气增加对铁屑的搅动，减少结块，及时去除钝化膜，还可增加出水的絮凝效果。但曝气量过大影响废水与铁屑的接触时间，使有机物去除率降低。6.7铁碳微电解（6）微电解材料选择及组合方式

阳极材料：铸铁屑、小碎铁块、铸铝屑、铝合金。

阴极材料：焦炭、活性炭、石墨、煤粉。

加入催化剂CuO、Mn02、A12O3等能改进阴极的电极性能，提高电化学活性。氯化钠、氯化氨的存在提高废水的电导率有助于微电解反应的进行。6.7铁碳微电解四、微电解法的发展1、动态铁碳微电解装置填料板结：

废铁屑的活性太强，若废铁屑之间没有东西把他们间隔开来，就会相互粘接在一起，形成一个铁疙瘩，就会形成板结。

用动态铁碳床代替固定床。搅拌式铁碳床、滚铜式铁碳床内的填料不断翻转和碰撞，填料表面不断活化，克服了固定床铁炭过滤器铁表面易钝化与运行效果随着运行时间的延长而逐步降低的不足。但当处理水量大时对电能的消耗较大，同时由于没有曝气装置，无法适应曝气微电解工艺的需要。2、改用现在市场上流行的铁—碳一体化填料铁—碳一体化填料：经过高温冶炼，铁和碳融合为一体，这种铁碳一体式结构呈现出蜂窝状构架，将铁和碳固定分开，这种构架可以有效地防止板结。6.7铁碳微电解6.7铁碳微电解3、催化铁内电解法

将铜代替炭，即形成Fe-Cu体系，铁作为阳极发生氧化反应，铜作为阴极。123铜的活性不如铁，在反应中，把铜和铁混在一起，铁被消耗，铜仍单质状态，克服了由于铁的消耗，产生板结的现象。铜片基本是不消耗的，客观上起到聚集难降解物质的作用，从而提高了还原反应的速率铜的加入扩大了两极的电位差，电化学反应的效率得到进一步提高。

6.7铁碳微电解铜代替碳作惰性电极，使得一些难生化，含有苯环、偶氮键等物质比铁碳内电解法更容易被还原铁屑中的铁和碳组分构成微小的原电池。发生电化学反应，对废水进行有效处理。以镀铜代替铜单质，优点：1)镀铜较单质铜与铁屑接触面积大，2)镀铜节约投资，节省成本。1铁-碳2铁-铜3铁-镀铜催化内电解发展的三个阶段去除色度效果好，去除率可达90%以上成本低廉，不消耗电力，操作方便预处理后可以改善废水的可生化性优点

广泛研究与应用于生物难降解废水，如染料、印染、农药、制药等工业废水生化处理的预处理段。应用

6.7铁碳微电解催化内电解与其他工艺的联用(1)

微波耦合超声催化内电解法处理废水工艺(2)Fe/Cu催化内电解-Fenton法联合处理废水（介绍）(3)催化铁内电解-悬浮填料CASS工艺处理化工废水(4)催化铁内电解-生物膜法处理化工废水(5)光催化氧化与内电解法联合处理有机染料废水(6)内电解混凝沉淀-厌氧-好氧工艺处理医药废水

4、改用单元化滤料

用防腐材料做许多个一定尺寸的立体框架，将反应材料和催化剂混合均匀放入框架里，反应一段时间后，取出清理，然后在进行反应。6.7铁碳微电解

5、定期对填料进行反冲洗可以防止板结6.7铁碳微电解6.7铁碳微电解思考与习题（1）某印染化工排放的废水量约为3000m3/d，废水中主要污染物为苯胺、偶氮化合物等，废水浓度高（CODCr1000mg/L左右）、色度高（稀释倍数法5