干貨|工業(yè)廢水處理鐵碳微電解技術(shù)

前言

我國(guó)工業(yè)廢水水質(zhì)普遍呈現(xiàn)高COD、低BOD/COD、高SS、高鹽含量的特點(diǎn)，特別是各行業(yè)廢水水質(zhì)存在顯著差異。因此，工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究一直是水處理領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。在十三五生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的推動(dòng)下，工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)逐步提高。生物方法經(jīng)濟(jì)高效，適用于多種類型的廢水，但對(duì)高鹽有機(jī)廢水或難降解廢水的處理效果較差，甚至HRT過長(zhǎng)，增加了工程投資，而高級(jí)氧化處理技術(shù)成本過高。因此，迫切需要引入新的處理技術(shù)。

技術(shù)概述

微電解技術(shù)是以金屬(主要是Fe)和非金屬(一般是C)為填料，利用反應(yīng)過程中產(chǎn)生的原電池效應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、絮凝等作用機(jī)制，有效處理難降解有機(jī)廢水的一種方法。此外，在酸性有氧條件下，F(xiàn)e/C微電解反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生更多的強(qiáng)氧化物質(zhì)。Fe/C微電解技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理和陰陽極反應(yīng)見圖1和表1。

鐵碳微電解技術(shù)研究進(jìn)展。

鐵碳微電解技術(shù)的發(fā)展。

鐵碳微電解技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了初步發(fā)現(xiàn)、機(jī)理探索、新技術(shù)開發(fā)等階段。初步發(fā)現(xiàn)階段始于20世紀(jì)70年代初，Gillham將其應(yīng)用于地下水處理領(lǐng)域。機(jī)理探究階段始于20世紀(jì)70年代中期，PBRS在歐美大規(guī)模應(yīng)用，主要從事反應(yīng)機(jī)理研究。新技術(shù)開發(fā)階段始于20世紀(jì)80年代，鐵碳微電解技術(shù)逐漸從地下水修復(fù)擴(kuò)展到印染、制藥、石化、焦化等工業(yè)廢水領(lǐng)域。

傳統(tǒng)鐵碳微電解技術(shù)缺陷。

傳統(tǒng)鐵碳微電解技術(shù)的主要缺陷：

(1)填料板結(jié)。傳統(tǒng)的鐵碳填料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常由工業(yè)廢鐵刨花和碳顆粒混合而成。兩者只是表面物理接觸，在廢水處理后期形成氧化鐵或其他附著物，容易導(dǎo)致填料板結(jié)失效。

(2)對(duì)廢水pH值要求較高。傳統(tǒng)的微電解反應(yīng)適用于pH值范圍為3.0~5.0，如果pH值為3.0，解會(huì)造成Fe2+污染。如果pH值為5.0，填料電極間電位下降會(huì)降低原電池的反應(yīng)速率。

(3)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)缺陷。傳統(tǒng)的微電解反應(yīng)器主要采用單層曝氣或固定床的形式。如果反應(yīng)器中的水力學(xué)條件較差，則填料板結(jié)風(fēng)險(xiǎn)的可能性大大增加。

新型鐵碳微電解技術(shù)研究進(jìn)展。

雖然傳統(tǒng)的鐵碳微電解技術(shù)存在上述缺陷，但由于其反應(yīng)效率高、操作簡(jiǎn)單、廢物處理等優(yōu)點(diǎn)，仍具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景，特別是在難降解工業(yè)廢水領(lǐng)域。針對(duì)傳統(tǒng)鐵碳微電解技術(shù)存在的問題，應(yīng)優(yōu)化填料、反應(yīng)器和工藝，以促進(jìn)該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

新型鐵碳微電解填料。

根據(jù)目前有機(jī)廢水難以降解和生化的特點(diǎn)，開發(fā)的多催化氧化填料由多金屬合金融合催化劑和1350°高溫微孔活化技術(shù)制成。它是一種新型的加入式無板結(jié)微電解填料。

產(chǎn)品控制點(diǎn)

生產(chǎn)工藝：1350℃高溫工藝-形成合金結(jié)構(gòu)，不同于物理壓制和低溫產(chǎn)品。

鐵碳含量比:75/15，保證最低消耗填料，最大限度地形成更多的原電池。

引入催化劑：提供電化學(xué)反應(yīng)的活性和更強(qiáng)的電勢(shì)差，以更好地降解有機(jī)物。

多孔結(jié)構(gòu)：提供更大的比表面積，提高反應(yīng)效率，減少單位水投資。

耐壓強(qiáng)度：使用時(shí)保持氣水通道均勻，不粉化，產(chǎn)生陰陽極分體。

鐵碳微電解聯(lián)合工藝研究進(jìn)展。

物化-微電解聯(lián)合工藝。

在物化-微電解的聯(lián)合過程中，物化法可以改善微電解的反應(yīng)環(huán)境，從而提高微電解的處理效率。例如，在微電解過程的前端設(shè)置酸化處理單元可以使后續(xù)的陰極反應(yīng)處于酸性有氧條件下，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的氧化物質(zhì)，大大提高廢水的生化性。采用酸化-微電解工藝對(duì)油頁巖廢水進(jìn)行預(yù)處理，廢水COD去除率達(dá)78.38%，酚類去除率達(dá)97.64%，色度去除率達(dá)79.68%。微電解反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量Fe3+。對(duì)于微電解過程本身，F(xiàn)e3+會(huì)形成氫氧化鐵膠體，但結(jié)合Fenton過程，F(xiàn)e3+可以作為Fenton反應(yīng)中的催化劑，大大提高難降解物質(zhì)的降解效率。Zhang等印染廢水采用Fenton-微電解聯(lián)合工藝處理。結(jié)果表明，該聯(lián)合工藝能有效彌補(bǔ)單一微電解難以完全降解染料分子的缺陷，提高廢水中不溶性黃腐酸、可溶性微生物代謝物和芳香蛋白的去除率。

微電解-生物聯(lián)合工藝。

工業(yè)廢水可生物降解性差，微電解工藝預(yù)處理可實(shí)現(xiàn)廢水中難降解有機(jī)物的開環(huán)斷鏈，從而大大提高其可生化性。與所有廢水處理技術(shù)相比，生物技術(shù)最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保，符合當(dāng)今社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主題。采用微電解-生物聯(lián)合工藝處理難降解工業(yè)廢水，可大大降低處理成本，為其大規(guī)模應(yīng)用提供可能。微電解-生物聯(lián)合工藝中的微電解工藝可以改善廢水的生化性，同時(shí)生物工藝可以改善鐵碳填料表面的堵塞。

物化-微電解-生物聯(lián)合工藝。

對(duì)于一些極難降解的工業(yè)廢水，物化-微電解-生物聯(lián)合工藝各工藝各有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有協(xié)同作用，大大增強(qiáng)了聯(lián)合工藝的處理效果。