几种微电解技术介绍

几种微电解技术介绍一、微电解作用原理微电解法，又称内电解法、铁还原法、铁炭法、零价铁法等。该方法处理废水的原理是：利用铁屑中的铁和碳组分构成微小原电池的正极和负极，以充入的废水为电解质溶液，发生氧化-还原反应，形成原电池。新生态的电极产物活性极高，能与废水中的有机污染物发生氧化还原反应，使其结构、形态发生变化，完成难处理到易处理、由有色到无色的转变。还原作用铁屑内电解法处理废水过程中，发生如下反应：阳极（Fe）:Fe-2e→Fe2+E0(Fe2+/Fe)=-0.44V阴极（C）：在酸性条件下：2H++2e→H2↑E0（H+/H2）=0.0V在碱性或中性条件下：O2+2H2O+4e→4OH-E0（O2/OH-）=+0.4V电极反应生成的产物具有很高的化学还原活性。在偏酸性废水中，电极反应产生的新生态H能与废水中的有机物和无机物组分发生氧化还原反应，能使废水中的发色基团破坏甚至使高分子断链，从而达到脱色的目的。同时，铁是活泼金属，在酸性条件下可把某些硝基化合物还原成可生物降解的胺基合物，提高BOD5/COD比值，即增强可生化性。反应式如下：R—NO2+2Fe+4H+R—NH2+2H2O+2Fe2+电解生成的铁离子、亚铁离子经水解、聚合而形成的氢氧化铁、氢氧化亚铁聚合体，以胶体形式存在，具有沉淀、絮凝和吸附作用，与污染物一起絮凝产生沉淀，可以去除废水中的有机物。同时在原电池周围的电场作用下，废水中带电胶粒和杂质通过静电引力和表面能的作用附集、凝聚，也可以使废水得到净化。总之，铁炭内电解法处理废水是絮凝、吸附、架桥、卷扫、电沉积、电化学还原等综合效应的结果。庆化公司综合污水处理项目拟采用微电解技术对硫酸浓缩过程中产生的含硝基化合物废水进行预处理，提高废水的可生化性，再利用生化技术、活性炭吸附技术达标排放。经过前一阶段的调研，我们对几家单位的微电解技术做如下介绍：二、工艺介绍（一）辽宁省环境科学院微电解技术1.小试去年下半年，省环科院技术人员采集我厂硫酸浓缩减压水进行实验室实验。采用了焦炭粉吸附、铁铜微电解，特种树脂吸附等方法对我厂减压水进行处理。结果如下：硝基苯类（mg/L）备注原水157.12焦碳粉吸附83.311g：10ml焦碳粉吸附133.611g：20ml铁铜微电解25.36停留2h特种树脂吸附.25.361g：100ml根据以上检测结果分析，这些处理方法之中只有微电解去除硝基在工业化应用是可行的。在微电解柱中硝基废水所含硝基被还原为胺基，出水经过生化处理最终达标。根据第一批废水处理数据分析，对后续减压水重点采用微电解方法处理，主要单纯铸铁末和铁铜末混合柱的比较。数据如下：（以下数据采用色谱法检测）一硝基类（mg/L）二硝基类（mg/L）三硝基类（mg/L）硝基苯类（mg/L）原水0.27226.899.1436.302铸铁屑柱—0.3471.732.077铁铜混合柱0.0041.8791.433.309根据以上数据认为单独铸铁末装柱处理效果与铜铁混合柱比较基本一样。为了今后中放简化条件，决定采用单独铸铁末内电解柱处理硝基物。在后来的试验中重点是考察微电解柱处理硝基的处理效果及稳定性，在该条件下连续多次进水，数据如下：序号进水硝基苯类（mg/L）出水硝基苯类（mg/L）进水量（ml）停留时间（h）1193.437.2100022193.425.910002化学方法检测硝基的去除率都在80%以上。根据这些数据分析认为我们的微电解柱处理这股硝基废水的效果是比较稳定的。2.中试为配合庆化公司硝基废水处理工程的设计，环科院设计处理能力30吨/天的设备进行项目中试。中试从2006年3月23日开始至6月15日结束。采用预处理后续生化处理的工艺，重点考察了碳钢微电解以及普通活性污泥法处理硝基苯类污染物的工艺参数。为工程设计提供依据。具体工艺如下;水解微电解污泥沉降中和絮凝生化废水活性炭吸附污泥回流（1）预处理设备运行情况预处理系统由四级微电解反应器及沉降系统组成，微电解填料为碳钢屑及少量铜屑。每级反应器容积0.6m3，填料约占总容积20%，有效容积约为0.5m3。试验数据表明四级微电解后硝基类污染物基本全部转化。建议工程设计中微电解停留时间为1h。微电解反应器采用压缩空气反吹，2次/周。试验至今80天左右未出现堵塞及板结现象，运行稳定。微电解产生的铁离子，通过蠕动泵滴加20%NaOH溶液去除，pH控制在7-8之间，由于原水水质变化较大，滴加量需随时调节。为增加絮体沉降效果，加PAM助凝，废水中PAM浓度控制在10ppm左右。试验表明，Fe(OH)2沉降效果受pH影响较大，pH越高沉降效果越好，但应尽量控制在8以下，以免影响后续生化处理。（2）微电解工艺处理庆化硝基废水的优势A.微电解处理硝基废水工艺成熟，可有效提高废水可生化性。B.微电解可稳定的提高废水pH，减少药剂投加量，避免过多的无机盐进入系统，影响生化处理效果。C.微电解出水pH出水稳定，可避免水质波动对生化系统的冲击。减少运行事故。D.庆化硝基废水呈酸性，适合用微电解法处理，避免了酸碱药剂的投加。可直接进行预处理。（3）试验结果及分析预处理系统由四级微电解反应器及沉降系统组成，微电解填料为碳钢屑。每级反应器容积0.6m3，填料约占总容积20%，有效容积约为0.5m3。试验数据表明四级微电解后硝基类污染物基本全部转化。日期硝基苯类浓度（mg/L）原水1#微电解2#微电解3#微电解4#微电解3月30日44.234.4420.96003月31日51.0445.50004月1日49.7430.226.14004月2日52.0204.84004月4日00004月5日00004月6日00004月7日99.8218.50004月8日78.0400004月9日100.818.84000合计67.9514.753.1900（上表数据废水处理量在800L/h以上测得）由上表可知，1#微电解硝基苯类污染物转化率78.3%，2#微电解硝基苯类污染物转化率95.3%，有效停留时间约1h。3#、4#微电解出水硝基苯类污染物全部转化。微电解反应器采用压缩空气反吹，1次/2周。试验90天左右未出现堵塞及板结现象，运行稳定。运行过程中由于原水水质变化过大，特别是pH变化较大，pH在3左右时处理情况良好。当pH过低时微电解反应罐中水质混浊，有淡黄色杂质生成，并伴有刺激性气味，但对硝基苯类污染物处理效果无影响。pH大于4时微电解处理效果较差，无法完全转化硝基苯类污染物。（4）堵塞与板结的预防A.填料的选择微电解装置的堵塞、板结都发生在填料层，选择正确的填料是预防堵塞、板结的关键。本次中试微电解填料采用单纯的碳钢屑，为庆化机加分厂的加工废料。试验过程中运行效果良好。在以往的试验中采用过铸铁屑和铁铜以及铁碳等形式的填料，运行中都存在一定的问题。铸铁屑消耗过快，体积缩小较快，极易堵塞板结。以铁铜作为填料，铜丝可起到骨架作用，不宜堵塞，但投资较大。在填料中加入碳块，运行过程中随着铁的消耗和反吹搅拌，容易漂浮。综上所述试验选择了碳钢屑，它呈螺旋长条状，消耗较慢，空隙较大，与水接触均匀不易短流或结块，表面钝化物也易被带走，自然更新力强，不宜堵塞板结。在本次试验中处理效果良好，运行稳定，无堵塞板结发生。根据试验室试验检测碳钢屑的对密度为0.86kg/L，填充体积百分比为14.5%。一级微电解每日消耗碳钢屑17kg，二级日消耗碳钢屑3.4kg。以每吨碳钢屑1700元计，微电解处理成本约1.15元/吨。（二）、营口环境工程开发公司（三）、乌克水处理环保科技有限公司技术乌克水处理环保科技有限公司核心技术是FCJX—型氧化塔，FCJX—型氧化塔是一种高效填料氧化塔，原废水经该设备处理后，废水的可生化性显著提高，保证后续生化系统高效、高负荷运行，保证高质量出水。该设备是根据电化学、电磁场和双极性颗粒床电极理论及催化氧化机理而开发出来的低耗、高效氧化塔。塔内置的双极性电极粒料富含高氧化活性催化剂。当废水进入氧化塔内后即发生快速氧化还原反应，产生电子诱导效应、共轭效应，同时发生空间位阻、环张力及氢键效应。电极反应产生具有高化学活性的氢和氧及中间体如羟基自由基（·OH），使有机物分子结构中的发色基团和助色基团结构被破坏，将不饱和键断开，从而失去发色能力。可将废水中苯环系列有机物分子结构破坏，使之毒性显著降低，可生化性显著提高，从而保证整个系统的高效运行。该技术与其他技术相比，具有处理效率较高，运行成本比较低廉，操作简单，管理方便，且使用寿命较长等优点。适用于芳香族含氮有机物如硝基苯、苯胺、硝基氯苯、偶氮化合物等。塔内填料属耗材，每三年需再生和补充一次。以上资料为厂方提供，由于没有在厂内实验，具体情况不详。（四）我厂生化水微电解技术生化水生产线是2002年建成的处理一硝基甲苯废水的生产线。其预处理采用微电解技术，内部装填铸铁填料。02年9月投入使用，硝基转化率100%，到02年11月份发现堵塞，运行3个月左右。经检查发现铸铁屑消耗较快，一些细小颗粒积存在预处理反应器的下部造成堵塞，另一方面由于填料层过高，水流在上半部形成管涌，没有与填料充分接触，造成处理效果下降、填料板结。虽然经过几次清掏，但上述问题依然存在。而且繁重的体力劳动和窄小的操作空间早已使职工不堪重负，随放弃该设备。从中我们也得到一些教训：微电解装置不能用超过2米高的设备；用敞口的设备不用封闭的设备，如池子比罐好，易操作；不用铸铁填料，使用寿命短，易堵；可采用滚筒装置克服板结和堵塞；使用设备必须在填料选择上克服堵塞和板结。三、工艺比较1.从原理上说，铁铜和铁屑都能起到硝基转换胺基的作用，有资料介绍铜的作用范围比铁宽，但必须分布均匀才起作用，否则只能起骨架作用。2.该技术的关键是如何防止堵塞和板结，铁铜微电解相对较好一些。3.从美观和反冲洗角度看，设备要优于池子；从操作方便、降低填料高度、减少投资角度看，池子优于设备。并且多台设备靠一台泵进水，很难保证进水均匀和处理效果。4.按水处理惯例，如果水量较小，如每天几十吨，则设备较好，即减少投资又减少占地面积。如果水量较大用池子更经济一些，如果设计合理，还可以减少一次水力提升，降低水处理成本。