催化鐵碳微電解技術原理

2020-12-20 環保工程師

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導語

在難降解工業廢水的處理技術中,由於廢水的BOD5/CODcr低,且成分複雜,對微生物活性具有較強的抑制性,直接生化具有很大的難度,必須進行強化預處理,改變原廢水的難生化性及分子結構,以提高廢水的可生化性,保證後繼生物工藝的進行,保證出水達標。

技術原理

催化鐵碳微電解技術是目前處理高濃度有機廢水的一種理想工藝。它是利用我公司生產的JY系列規整型高效多元催化電化學氧化填料及整套處理設備形成反應系統對廢水進行處理。系統通水後在酸性條件下鐵碳微電解填料自身產生的0.9—1.7電位差,在設備內會形成無數的原電池,原電池以廢水做電解質,通過陰陽極的放電形成對廢水的電化學處理,進而達到對廢水中有機物進行電化學降解的目的。

在處理過程中產生的新生態[H]、Fe2 + 等還能與廢水中的許多組分發生氧化還原反應,比如能破壞有色廢水中的有色物質的發色基團或助色基團,甚至斷鏈,達到降解脫色的作用;生成的Fe2 + 進一步氧化成Fe3 +,它們的水合物具有較強的吸附—絮凝活性,特別是在加鹼調PH 值後生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑,它們的絮凝能力遠遠高於一般藥劑水解得到的氫氧化鐵膠體,能大量吸附水中分散的微小顆粒,金屬粒子及有機大分子。

本系統工作原理基於電化學、氧化—還原、物理吸附以及絮凝沉澱的共同作用對廢水進行處理,該法具有適用範圍廣、處理效果好、成本低廉、操作維護方便,不需消耗電力資源等優點。用於難降解、高有機物濃度、高含鹽量的廢水不但能大幅度地降低COD和色度、使苯環類物質開環斷鏈,而且可大大提高廢水的可生化性。

技術反應過程

鐵碳微電解技術是在廢水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,

從反應中看出,產生的了初生態的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,即充氧和防止填料板結。還會發生下面的反應:

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、凝聚水中的汙染物, 從而增強對廢水的淨化效果。

技術關鍵點

關鍵因素

近年來,微電解法在許多行業的廢水處理中都有大量應用,工藝已日趨成熟。影響微電解處理效果的因素主要有廢水pH值、停留時間、處理負荷、填料粒徑、鐵碳比、通氣量、微電解材料選擇及組合方式等,有的還會影響反應的機理。一般來說:

1)入水pH值應選偏酸性,一般控制到3±0.5,酸性過強雖能促進微電解的作用,但破壞了後續的絮凝體,且填料的消耗量較大,後續處理負荷重,產生鐵泥多。隨著微電解的進行,廢水中的H+逐漸被消耗而導致pH值升高,從而使得微電解反應趨於緩和。

2)停留時間也是影響微電解處理效果的重要因素,其長短直接關係到微電解反應的進程。一般處理效果隨停留時間延長而提高,但當到達這一定時間後反應基本停止,且量停留時間過長會帶來填料消耗量大,反色等不利因素,停留時間不足則反應不完全。不同的廢水其汙染物不同,所需反應時間也差異很大。因此,針對某種特定的廢水,其水力停留時間應通過試驗確定。

3)對填料進行曝氣有利於某些物質的氧化,也增加水和填料的接觸時間,避免了板結結塊,有限的去除填料表面沉積的鈍化膜,還可增加出水的絮凝效果。但曝氣量過大也影響接觸時間,使有機物去除率降低。

4)向體系中加入催化劑(如金屬氧化物CuO,Mn02、A120,等)能改進陰極的電極性能,提高其電化學活性,效果顯著。鹽類(氯化鈉,氯化氨)的存在由於提高了廢水的電導率也有助於電解反應的進行。

5)合適的填料鐵炭比例可使填料在廢水中形成的微電池數量最大化,從而達到最佳處理效果。一般鐵炭質量比可控制在5:1。

6)填料粒徑越小,它的比表面積就越大,在廢水中形成的微電池數量也越多,微電解反應的速度就越快,對廢水的處理效果就越好。但在實際工程中,採用小的填料粒徑會導致更為嚴重的填料板結問題,綜合考慮、最好使用填料粒徑在3~5cm,可有效避免板結鈍化,而且能保證合理的消耗範圍。

7 )微電解出水的後處理中和沉降的pH值。微電解出水中不可避免會含有一定濃度的亞鐵離子,不僅幹擾CODcr的測定,還會帶來反色等不利因素,故應設法除去。目前廣泛使用的加鹼混凝法就是加入鹼溶液使亞鐵離子沉澱為墨綠色的Fe(OH)2而除去。有資料報導,中和沉降適宜的pH值為8-8 5。理論計算亞鐵離子完全沉澱的pH值為8.95,一般應調節pH值為9以上。

8)材料選擇,不同成分,價格也不定。不同雜質的材料反應活性不同,故對應的處理效果差異較大。我公司陽極材料採用精鐵粉,陰極材料則採用石墨,最大程度保證填料效果。

#鐵碳填料#

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