微電解氧化還原破絡(luò)技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

王維

摘要：社會(huì)生產(chǎn)力的提高，使得工業(yè)廢水的排放量逐年增加，而廢水的處理一直以來(lái)都是環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)。微電解技術(shù)的成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、適用范圍廣泛，逐漸被越來(lái)越多的應(yīng)用的污水處理工藝中，微電解氧化還原破絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，可以顯著降低污水的COD和色度，大大提高污水的可生化性，在結(jié)合其他的生化工藝能夠使得廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。這里介紹了微電解的反應(yīng)機(jī)理，以及微電解技術(shù)在污水處理工藝中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)微電解工藝對(duì)各種廢水的處理效果都比較理想，因此微電解技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景是十分廣闊的。

關(guān)鍵詞：微電解技術(shù);氧化還原;破絡(luò)技術(shù);污水處理;工業(yè)廢水

中圖分類號(hào)：X703;T0028.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）01-0039-04

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了巨大的進(jìn)步，但是也導(dǎo)致了環(huán)境污染物的產(chǎn)生，例如我國(guó)的工業(yè)廢水的排放量就在逐年增加，對(duì)環(huán)境的危害也日益嚴(yán)重。由于生產(chǎn)方式和生產(chǎn)工藝的差異，所排放的工業(yè)廢水的水量和水質(zhì)也有很大的差別，其成分十分復(fù)雜，有毒物質(zhì)、鹽分以及COD含量較高，可生化性差，并且廢水中污染物的存在形態(tài)也有很大的不同。由于工業(yè)廢水中的污染物復(fù)雜多樣，所以在對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)通常會(huì)用到多種方法，以此來(lái)達(dá)到所需要的處理效果。污水預(yù)處理的傳統(tǒng)方法有化學(xué)法、物理法、生物法以及物化法等德國(guó)，這些傳統(tǒng)方法的處理工藝較為復(fù)雜，操作較為困難，不容易控制，并且處理成本較高，因此國(guó)內(nèi)外許多的研究人員對(duì)污水處理工藝進(jìn)行了大量深入的研究，希望找到一種更為高效、便捷的污水處理工藝。微電解技術(shù)的提出解決了傳統(tǒng)污水處理工藝中存在的許多難題，該項(xiàng)技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、處理成本低廉、處理效果好，同時(shí)它不會(huì)產(chǎn)生二次污染，因此微電解技術(shù)為廣泛的應(yīng)用到了污水處理中，其對(duì)鹽量、COD含量、色度較高的污水處理效果更加。微電解技術(shù)及其組合工藝的使用，可以顯著改善廢水的水質(zhì)，有利于提高廢水的可生化性，大大減輕了后續(xù)處理工藝的負(fù)擔(dān)，此外微電解技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，不同種類的廢水都可以使用微電解技術(shù)，由此可見微電解技術(shù)在廢水處理工藝中的應(yīng)用前景非常廣闊。

1微電解技術(shù)

1.1微電解技術(shù)原理

1.1.1電場(chǎng)作用

鐵和碳化鐵或掐雜質(zhì)之間會(huì)構(gòu)成一個(gè)原電池，在這個(gè)原電池的周圍就形成了一個(gè)電場(chǎng)，而污水中會(huì)存在許多穩(wěn)定的膠體，由于電場(chǎng)的存在，這些膠體會(huì)產(chǎn)生電泳現(xiàn)象。微電解的原理就是由于電池產(chǎn)生的微電場(chǎng)，使得污水中的膠體顆粒、細(xì)小污染物、極性分子等，受電場(chǎng)作用產(chǎn)生電泳現(xiàn)象，最后全部集中到電極上面，從而形成較大的顆粒而沉淀，由此廢水中的COD大大降低。

1.1.2電極反應(yīng)

其中絮凝物氫氧化鐵是典型的膠體絮凝劑，具有很強(qiáng)的吸附能力，所以污水中的懸浮物以及由于電極反應(yīng)產(chǎn)生的不溶物等都可以被吸附而產(chǎn)生沉淀。

1.1.5物理吸附

當(dāng)鑄鐵處理弱酸性的溶液中時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生很多孔隙，所以其表面活性較強(qiáng)，對(duì)污水中的有機(jī)污染物具有一定的吸附作用，因?yàn)殍T鐵的表面積很大，且其表面含有很多含氧活性基團(tuán)和不飽和鍵，其對(duì)染料分子的吸附作用可以在很大范圍的PH值內(nèi)都有效。

1.1.6電子傳遞作用

生物氧化酶中的細(xì)胞色素的重要組成部分就是鐵元素，三價(jià)鐵離子和亞鐵離子通過(guò)相互之間的氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電子傳遞，而水中微電解出的新生態(tài)鐵離子也在電子傳遞中起到一定作用，進(jìn)而促進(jìn)生化反應(yīng)。

1.2影響微電解的因素

在采用鐵屑工藝處理污水時(shí)，很多因素都會(huì)對(duì)微電解反應(yīng)產(chǎn)生影響，例如鐵屑粒徑、處理負(fù)荷、停留時(shí)間、PH值、通氣量以及鐵碳比等，廢水處理工藝的效果會(huì)受到這些因素的影響，所以在進(jìn)行廢水處理時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)這些因素進(jìn)行把控。

1）鐵屑粒徑：在重量一定的情況下，鐵屑的粒徑越小，則鐵屑的顆粒就越多，電極反應(yīng)就會(huì)更加劇烈，污染物的去除率就會(huì)明顯提高。此外鐵屑顆粒的比表面積也會(huì)隨著粒徑的減小而增大翻，這使得微電池的數(shù)量增多，鐵屑顆粒間的接觸也變得更加緊密，過(guò)柱時(shí)間延長(zhǎng)，污染去除率顯著提高。但是并不是鐵屑的粒徑越小就越好，如果粒徑太小，單位時(shí)間內(nèi)能夠處理的水量也會(huì)減少，而且容易在成結(jié)塊、堵塞，所以通常情況下最好是選擇60—80目粒度的鐵屑。

2）停留時(shí)間：氧化還原反應(yīng)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短就取決于停留時(shí)間，它對(duì)污水處理工藝的效果有較大影響。當(dāng)停留時(shí)間越長(zhǎng)，氧化還原反應(yīng)持續(xù)的時(shí)間就越長(zhǎng)，反應(yīng)就越徹底，但是停留時(shí)間也要適當(dāng)控制，不能過(guò)長(zhǎng)，停留時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)增加鐵的消耗量，造成溶液中亞鐵離子的含量大量增加，亞鐵離子又被溶液中的氧氧化成三價(jià)鐵離子，導(dǎo)致溶液的色度增加，對(duì)后續(xù)處理工藝造成一定影響。停留時(shí)間還是要根據(jù)溶液的初始PH值來(lái)確定，并不是越長(zhǎng)越好，若果溶液的初始PH值較高時(shí)，停留時(shí)間就要稍微長(zhǎng)一些，如果初始PH值較低，那么停留時(shí)間就要相對(duì)較短。另外，停留時(shí)間浴場(chǎng)也意味著鐵屑的用量越大，所以在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)要將二者放在一同考慮。

3）PH值：在進(jìn)行廢水處理工藝設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)比較關(guān)鍵的因素就是PH值，PH值對(duì)污水的處理效果有直接影響，此外當(dāng)處于不同PH值范圍內(nèi)是，污水處理的反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)產(chǎn)物都會(huì)存在很大的差異。當(dāng)溶液的PH值較低時(shí)，會(huì)有當(dāng)量的氫離子存在于溶液中，氫離子會(huì)加快反應(yīng)的進(jìn)行，但是如果PH值過(guò)低，就會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的形式造成破壞，例如反應(yīng)生成的絮狀體被破壞，生成了有顏色的亞鐵離子，使得污水處理的效果變差。另外，根據(jù)以往的一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在中性或者堿性的條件下時(shí)，污水處理的效果并不是太理想。所以，通常情況下，污水處理工藝都是將PH值控制在酸性的條件下，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，一般都會(huì)將PH值設(shè)計(jì)在3—6.5這個(gè)范圍內(nèi)，這樣可以保證處理效果最佳。

4）鐵碳比：碳的加入是使體系可以構(gòu)成一個(gè)宏觀的電池，如果體系中的鐵屑含量較低時(shí)，加入更多的碳，可以增加體系中原電池的數(shù)量，是有機(jī)物的去除率大大提高。但是并不是碳屑的投入量越多越好，如果碳屑過(guò)量，會(huì)對(duì)原電池的電極反應(yīng)造成抑制作用，此時(shí)碳屑更多的是起到吸附作用，因此體系中，碳和鐵的含量也要控制在一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹?，此外因?yàn)樘嫉念愋蛯?duì)有機(jī)物的去除效果影響不是很大，所以從經(jīng)濟(jì)方面考慮可以選擇更加低廉的焦炭或者活性炭。

5）溫度：還原反應(yīng)可以隨著溫度的升高而加快，但是這種加快效果更多的出現(xiàn)在反應(yīng)初期，另外在整個(gè)污水處理過(guò)程中會(huì)采取一定的保溫措施來(lái)是溫度維持一定，所以實(shí)際處理中，都是在常溫下進(jìn)行的，不會(huì)采取升溫措施。

6）通氣量：采取通氣操作多某些物質(zhì)的氧化具有促進(jìn)作用，同時(shí)也對(duì)鐵屑有一定的攪動(dòng)作用，使得結(jié)塊的可能性大大降低，此外通氣使得鐵屑間的摩擦加劇，有利于其表面的鈍化膜的去除，最后使得絮凝的效果更加，但是通氣量也要加以控制，如果通氣量過(guò)大，會(huì)對(duì)鐵屑和水的基礎(chǔ)時(shí)間造成一定影響，致使污染物去除率降低。當(dāng)溶液為中性時(shí)，通氣可以提供更加充足的氧氣，對(duì)陽(yáng)極反應(yīng)的極性有促進(jìn)作用，此外通氣也起到了一定的震蕩、攪拌作用，對(duì)濃差的極化有減弱作用，能夠加快電極反應(yīng)的進(jìn)行。因此，控制好通氣量，對(duì)污水處理效果有顯著的增強(qiáng)作用。

2微電解氧化還原破絡(luò)技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

采用微電解技術(shù)處理工業(yè)廢水，可以顯著降低廢水中的色度及COD，同時(shí)還能使廢水的可生化性明顯提高，如果與其他的生物處理工藝結(jié)合，可以使得處理效果更加。

1）染料廢水的處理：染料廢水是印染場(chǎng)所排出的廢水，一直以來(lái)都是廢水處理的難點(diǎn)。染料廢水中含有大量的以苯環(huán)為中心的雜環(huán)、稠環(huán)等難以降解的化合物，這類化合物大都是具有較大毒性和致癌性的物質(zhì)，例如陰離子表面活性劑、二氧化硫脲、烷基苯磺酸鈉等等翻。在染料廢水處理中使用微電解工藝主要是通過(guò)幾點(diǎn)來(lái)完成：活性炭的吸附作用可以吸附廢水中所溶解的污染物，原電池的陰極產(chǎn)生的[O]和[H]對(duì)廢水的酸堿度起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)亞鐵離子和新生態(tài)的[H]與廢水中的許多成分都可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，對(duì)染料中間體分子中的發(fā)色基團(tuán)造成破壞，達(dá)到脫色效果，使廢水的色度降低。另外亞鐵離子和三價(jià)鐵離子會(huì)水解生成膠體絮狀物，可以吸附廢水中的膠體物質(zhì)、分散染料以及部分還原性物質(zhì)，使其沉淀下來(lái)，是廢水的可生化性顯著提高。

2）化工廢水處理：化工廢水指的是生產(chǎn)化工產(chǎn)品的過(guò)程中排放出來(lái)的廢水，通常化工廢水的排放量都較大色度、鹽度及cOD都很高，毒性也較大，廢水中難降解的化合物含量也較高，因此化工廢水的處理難度也相對(duì)較大，但是化工廢水中有許多可以利用的資源，所以化工廢水的處理技術(shù)一直都是研究人員的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容?；U水中有大量的多環(huán)芳烴類、氯代苯類、酚類以及硝基苯類的化合物，在處理化工廢水中可以采用物理法和化學(xué)法，物理法常用的有氣浮、吸附、過(guò)濾、沉淀等，而化學(xué)法有氧化、混凝等。微電解工藝處理工業(yè)廢水主要通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)：污水通過(guò)鐵碳層的過(guò)濾作用，加上活性炭和鐵屑的吸附作用，氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的H2會(huì)產(chǎn)生氣浮效果，最后[O]、[H]和鐵離子的氧化還原反應(yīng)也能夠達(dá)到廢水處理的效果。

3）電鍍廢水的處理：作為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域主要的污染源之一的電鍍廢水，其所含的污染物種類繁雜，重金屬粒子和氰化物含量較多，毒性較大，含有致畸、致癌、值突變的劇毒物質(zhì)，電鍍廢水對(duì)人類的危害極大。通常情況下，電鍍廢水中都含有鎳、鉻、銅、鋅、鎘等重金屬，有時(shí)還會(huì)含有金銀等貴金屬，如果不加以處理就排放，會(huì)對(duì)人類健康和環(huán)境造成巨大傷害，同時(shí)也是一種資源浪費(fèi)。電鍍廢水的處理方法通常有沉淀法、氧化還原法、吸附和膜法。電解法近些年也被重點(diǎn)用于電鍍廢水的處理工藝中，電解法不會(huì)產(chǎn)生二次污染，去除率高，并且處理過(guò)程中沉淀的重金屬還能夠被回收再利用，所以越來(lái)越多的研究人員對(duì)鐵屑電解法進(jìn)行了深入研究，研究發(fā)現(xiàn)鐵屑電解法對(duì)去除重金屬離子有很好的效果。電鍍廢水的微電解處理工藝主要有3個(gè)方面：①金屬活動(dòng)順序表中，只要是排列在鐵元素后面的金屬元素都可以別鐵置換出來(lái)，然后在鐵的表面沉積，而氧化性較強(qiáng)的化合物或者粒子也會(huì)被Fe²⁺和鐵屑還原成毒性更小的物質(zhì);②如果溶液偏酸性，而鐵屑的比表面積很大，就會(huì)使得鐵屑的表面活性較高，進(jìn)而會(huì)有更多的金屬離子被吸附，有利于金屬的去除，此外碳屑的吸附作用也可以吸附重金屬離子;③三價(jià)鐵離子絡(luò)合生成的產(chǎn)物會(huì)與重金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，進(jìn)而生成沉淀，也有利于重金屬的去除。

4）含有廢水處理：石油化工、煤氣發(fā)生站、焦化、機(jī)械加工等企業(yè)都會(huì)排放出含油廢水，含油廢水中的油類物質(zhì)有石油產(chǎn)品、分餾物、天然石油以及焦油等，此外包括一些食用動(dòng)植物油及脂肪類，含油廢水的可生化性差，BOD、COD高，易燃、易氧化分解，有一定色度和氣味，通常都難溶于水、比水輕。含油廢水若是不經(jīng)處理就直接排放，會(huì)造成水體污染，嚴(yán)重影響水生生物的生存，同時(shí)造成資源浪費(fèi)?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外所用的含油廢水處理工藝的基礎(chǔ)就是混凝一沉降一過(guò)濾，常見的方法有氣浮法、重力分離法、膜法、絮凝法、粗?；ǖ鹊?。含油廢水的污染物成分變得越來(lái)越復(fù)雜，所以傳統(tǒng)的處理工藝已經(jīng)達(dá)不到預(yù)期的處理效果，所以研究人員致力于新的處理工藝的研究，因而微電解技術(shù)及其組合工藝漸漸被應(yīng)用到含油廢水的處理工藝中。利用微電解工藝來(lái)對(duì)含油廢水的處理主要是通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)的：其一是鐵屑和活性炭的吸附作用;其次是原電池陰極生成的大量的氣泡的氣浮作用;最后一點(diǎn)就是鐵離子的混凝作用。

3結(jié)語(yǔ)

微電解法作為預(yù)處理技術(shù)，在各種工業(yè)廢水的處理工藝中都有較為廣泛的應(yīng)用，利用微電解技術(shù)可以很大程度的降低廢水的色度和COD，同時(shí)大大提高廢水的可生化性，極大的減少了后續(xù)處理工藝的復(fù)合，也是的廢水處理效果顯著增強(qiáng)。但是微電解技術(shù)單獨(dú)使用的話，達(dá)不到預(yù)期的處理效果，所以通常都會(huì)結(jié)合其他的處理技術(shù)構(gòu)成組合工藝，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著生產(chǎn)力的不斷提高，工業(yè)廢水的排放量也會(huì)越來(lái)越大，因此開發(fā)一種更加經(jīng)濟(jì)、高效的廢水處理工藝是未來(lái)的研究重點(diǎn)，應(yīng)該更加深水的研究微電解技術(shù)及其組合工藝，爭(zhēng)取達(dá)到更好的廢水處理效果。