微电解法是利用金属腐蚀原理,形成原电池对废水进行处理的良好工艺,又称内电解法、铁屑过滤法等。该法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等优点,并且不需消耗电力资源,使得该工艺技术自诞生开始,即在美、苏、日等国家引起广泛重视。该工艺是在20世纪7O年代应用到废水治理中的,而我国从2O世纪60年代开始这一领域的研究,但是当时存在填料板结的严重问题。因为板结问题该技术在当时没有得以大范围推广。近年来,通过高温烧结技术,将铁碳融合为一体,形成一种新型的铁碳微电解填料。这种铁碳一体填料克服了板结的外在条件,使得微电解技术在近期进展较快,在印染废水、电镀废水、线路板废水、橡胶助剂废水、有机硅废水、双氧水废水、树脂废水、硝基苯废水、苯胺废水、制药废水、焦化废水、造纸废水、石油化工废水及含砷含氰废水的治理方面得到广泛应用。
铁碳微电解基本原理:
(1)电极反应
铁炭微电解是基于电化学中的原电池反应。当铁和炭浸入电解质溶液中时,由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,因而会形成无数的原电池系统,在其作用空间构成一个电场。
铁炭原电池反应:
阳极:Fe - 2e → Fe2+ E (Fe/Fe2+) = 0.44V
阴极:2H++ 2e → H2 E (H+/H2) = 0.00V
当有氧存在时,阴极反应如下:
O2+ 4H++ 4e → 2H2O E (O2) = 1.23V
O2+ 2H2O + 4e → 4OH- E (O2/OH-) = 0.41V
一般微电解反应为:铁原子与炭原子是紧挨着或分开而形成原电池反应。这种铁炭接触不利于电子的转移,电荷效率较低,因此废水中有机物的去除效率一般也较低。同时当铁炭一旦分层将更不利于有机物的去除。
架构而形成的原电池反应:这种铁炭接触不存在铁与炭的分层问题,因此更有利于电子的转移,电荷效率较高,废水中有机物的去除效率也较高。
(2)氧化还原反应
铁的还原作用
铁是活泼金属,在酸性条件下可使一些重金属离子和有机物还原为还原态,例如:
(1)将汞离子还原为单质汞:
(2)将六价铬还原为三价铬:
(3)将偶氮型染料的发色基还原:
(4)将硝基还原为胺基:
铁的还原作用使废水中重金属离子转变为单质或沉淀物而被除去,使一些大分子染料降解为小分子无色物质,具有脱色作用,同时提高了废水的可生化性。
氢的氧化还原作用
电极反应中得到的新生态氢具有较大的活性。能与废水中许多组分发生氧化还原作用,破坏发色、助色基团的结构,使偶氮键破裂、大分子分解为小分子、硝基化台物还原为胺基化合物,达到脱色的目的。一般地,[H]是在Fe2+的共同作用下将偶氮键打断、将硝基还原为胺基。
电化学附集
当铁与碳化铁或其他杂质之间形成一个小的原电池,将在其周围产生一个电场,许多废水中存在着稳定的胶体如印染废水,当这些胶体处于电场下时将产生电泳作用而被附集。
在电场的作用下,胶体粒子的电泳速度可由下式求出:
式中: V——胶体粒子的电泳速度(cm/s)
——电位(V)
D——分散介质的介电常数
E——电场强度(V/cm)
——分散介质的粘度(Pa•S)
K——系数
从理论上计算20s就可完成电泳沉积过程。