微電解技術(shù)在工業(yè)廢水治理工作中的應(yīng)用

郭杰 王芳 肖建強(qiáng)

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，工業(yè)廢水的種類也隨之增加，工業(yè)廢水的治理工作難度也不斷上升。文章通過(guò)探討微電解技術(shù)，并闡釋其應(yīng)用于工業(yè)廢水治理的原理，分析微電解技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廢水治理的可行性。

關(guān)鍵詞：微電解技術(shù);工業(yè)廢水;治理工作

中圖分類號(hào)：X7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）07-014-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.007

為積極適應(yīng)全球氣候變化，開(kāi)展環(huán)境保護(hù)及節(jié)能減排工作是我國(guó)走新型產(chǎn)業(yè)化之路的重要戰(zhàn)略舉措。而減少工業(yè)污染、預(yù)防環(huán)境破壞，不僅是節(jié)能減排工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是促進(jìn)工業(yè)行業(yè)健康發(fā)展的重要舉措。將不同形式的微電解技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廢水治理環(huán)節(jié)，能大大降低工業(yè)廢水的治理難度，提高資源利用率，符合發(fā)展綠色工業(yè)的需求。

1 微電解技術(shù)及其工業(yè)廢水治理原理

1.1 微電解技術(shù)

微電解法的基本原理是金屬度蝕，通過(guò)運(yùn)用電解質(zhì)溶液中鐵-碳之間形成的微電池效應(yīng)，以清除廢水中的污染物的一種電化學(xué)技術(shù)，又稱為內(nèi)電解法、零價(jià)鐵法、鐵屑過(guò)濾法、鐵碳法。微電解技術(shù)集多種優(yōu)點(diǎn)于一身，其使用范圍廣、凈化效果好、使用周期長(zhǎng)、成本低廉，操作流程簡(jiǎn)單。此外，通過(guò)使用廢鐵屑為原料，所需的能量及原材料耗度低，即環(huán)保又節(jié)能。所以，自從微電解技術(shù)誕生以來(lái)，就受到多個(gè)國(guó)家，如美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本等青睞。20世紀(jì)80年代，我國(guó)引入了微電解技術(shù)，并運(yùn)用于廢水治理工作。生物難降解廢水，可用微電解作為預(yù)處理手段，實(shí)現(xiàn)大分子有機(jī)污染物的斷鏈，發(fā)色及助色基團(tuán)的破壞而脫色，從而提高廢水的循環(huán)使用性，并能降低后續(xù)廢水治理工作的負(fù)擔(dān)與成本。目前，微電解法已被成功應(yīng)用于印染、石化、重金屬、農(nóng)藥、制藥、油分等廢水的處理。

1.2 微電解技術(shù)治理工業(yè)廢水的原理

微電解技術(shù)以金屬腐蝕為原理，通過(guò)在高傳導(dǎo)性的工業(yè)廢水中放置電極電位，使其中的金屬在水中進(jìn)行電解反應(yīng)，來(lái)達(dá)到治理工業(yè)廢水的目的。不同工業(yè)廢水需要運(yùn)用不同的電解材料，常用的電解材料主要為鑄鐵屑和活性炭。

微電解技術(shù)用于工業(yè)廢水治理的原理，主要有以下五類：當(dāng)工業(yè)廢水呈酸性時(shí)，通過(guò)氣浮原理，在陰極釋放氫離子，此時(shí)廢水產(chǎn)生氣泡會(huì)吸附懸浮污染物，并與水體出現(xiàn)分離。運(yùn)用具有強(qiáng)吸附性的活性炭來(lái)吸附廢水中的鐵屑，可以使重金屬離子和有機(jī)污染物從廢水中分離出來(lái)。應(yīng)用微電場(chǎng)效應(yīng)使具有Fe和C的廢水形成電極電位差，進(jìn)行物質(zhì)吸附，使污染物從廢水中分離。應(yīng)用鐵離子的絮凝效應(yīng)，電解廢水使其與產(chǎn)生的氫氧化物與懸浮和膠質(zhì)物結(jié)合，達(dá)到凈化工業(yè)廢水的目的。在電解溶液中，可以運(yùn)用鐵碳的兩極，使亞鐵離子與溶液中的污染物進(jìn)行氧化還原過(guò)程，從而凈化廢水。

2 微電解技術(shù)在工業(yè)廢水治理中的應(yīng)用

2.1 化工廢水的治理方法

含有CHCIN（氯代苯）類、ArOH（酚類）、CHNO2（硝基苯）類等化合物的工業(yè)廢水，被稱為化工廢水。治理這類廢水，主要通過(guò)物理過(guò)濾及吸附，化學(xué)混凝和氧化來(lái)達(dá)到治理目的。應(yīng)用微電解技術(shù)能通過(guò)電碳層過(guò)濾、氫氣氣浮、氧化還原及活性炭吸附等手段，達(dá)到治理化工廢水的目的。

2.2 印染廢水的治理方法

印染廢水常見(jiàn)于紡織業(yè)，其主要成分為染料、中間體反應(yīng)原料及基液，并具有酸堿性大數(shù)值浮動(dòng)、溫度不穩(wěn)定、顏色濃度高、需氧量高、固體雜質(zhì)多和成分復(fù)雜的特點(diǎn)。常見(jiàn)的治理印染廢水的微電解技術(shù)主要有，通過(guò)活性炭對(duì)可溶性污染物進(jìn)行吸附，先吸附后排放;運(yùn)用鐵離子水解反應(yīng)，使色料成分沉淀與水利分離;運(yùn)用陰極產(chǎn)生的氫離子和氧離子來(lái)中和廢水的酸堿度，與此同時(shí)，電解反應(yīng)能夠在廢水中釋放氫離子和鐵離子，從而凈化廢水，降低廢水色度，提升廢水的生化含氧量。微電解法處理印染及染料廢水的作用原理包括了電化學(xué)、凝聚、吸附和氧化還原等作用，其治理效果與染料性質(zhì)、印染廢水的pH值、溫度、做電解時(shí)間等各種因素都有一定關(guān)系。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)pH值保持在5～6，溫度30℃～40℃，時(shí)間30min～40min時(shí)，可以取得較好的污水治理效果。到目前為止，微電解技術(shù)用于印染廢水處理領(lǐng)域，已被證實(shí)可取得較好的效果。

2.3 含油廢水的治理方法

油性物質(zhì)特指天然類石油及石油產(chǎn)品、煤焦油和常見(jiàn)的動(dòng)植物油脂等。帶有油的廢水主要被化工業(yè)或者重工業(yè)生產(chǎn)排放。其主要特點(diǎn)是，化學(xué)及生化需氧量較高、難溶于水及生化降解難度大等三點(diǎn)。油性廢水的重復(fù)利用價(jià)值高，若能做好相關(guān)治理工作，能夠在保護(hù)環(huán)境、降低污染的同時(shí)，提升資源利用率。相關(guān)研究表明，在含油廢水中使用微電解技術(shù)，能夠去除油性物質(zhì)的比例高達(dá)70%～80%。目前，我國(guó)在處理油性廢水的實(shí)際工作中，主要采用混凝、沉淀、再過(guò)濾等三個(gè)工序開(kāi)展工作，應(yīng)用了重力分離、絮凝、氣浮等多種方法來(lái)達(dá)到治理含油廢水的目的。雖然含油廢水可以通過(guò)生化法產(chǎn)生較好的廢水治理效果，但是運(yùn)用生化法需要培養(yǎng)馴化生物膜，操作流程過(guò)于復(fù)雜，花費(fèi)的資金也比較昂貴。石油企業(yè)一般使用微電解技術(shù)處理石油化工廢水，通過(guò)利用鐵的還原性實(shí)現(xiàn)硝基化合物向氨基化合物的轉(zhuǎn)變。這種方法不僅有效降低了含油廢水中的毒性，還能夠提高含油廢水的生物可降解性。

2.4 電鍍廢水的治理方法

電鍍廢水是工業(yè)廢水的一個(gè)主要種類，其原液中含有高濃度且毒性強(qiáng)烈的污染物，這些物質(zhì)對(duì)人體毒性極大，同時(shí)，電鍍廢水中也富含鐵、銅等重金屬及金、銀等貴重金屬。如果能做好電鍍廢水的治理工作，不僅能保障人民群眾的生命安全，保護(hù)自然環(huán)境，還能促進(jìn)資源的有效利用。行業(yè)內(nèi)通常采用氧化還原及沉淀過(guò)濾的方法處理電鍍廢水。通過(guò)采用微電解技術(shù)，能提高雜質(zhì)去除率，并能有效降低二次污染風(fēng)險(xiǎn)，與此同時(shí)，電鍍廢水中沉淀后的重金屬及貴重金屬物質(zhì)也能被重新利用。研究人員發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下，對(duì)富含鐵屑的電鍍廢水采用微電解技術(shù)，能有效提高重金屬物質(zhì)的分離率[1]。與此同時(shí)，采用鐵屑微電解技術(shù)處理含釩廢水，在常溫狀態(tài)下，使其充分反應(yīng)90min后，廢水中的釩含量的去除率高達(dá)97%。我國(guó)四川江津增壓器廠也采用微電解技術(shù)治理電鍍廢水，據(jù)測(cè)量，經(jīng)過(guò)治理后的電鍍廢水的pH為6～8，Cr含量為0.009mg/L，Zn含量為1.53mg/L，出水的各項(xiàng)指標(biāo)均能符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 精細(xì)化工行業(yè)污水的處理方法

精細(xì)化工行業(yè)的工業(yè)廢水，具備了處理過(guò)程復(fù)雜、污染因子多樣化、有間斷性排放現(xiàn)象等特點(diǎn)。如某化工企業(yè)的生產(chǎn)車間及其附帶的廢水處理系統(tǒng)，原系統(tǒng)流程為，調(diào)節(jié)-電解系統(tǒng)-反應(yīng)-沉淀-再次沉淀-檢驗(yàn)-達(dá)標(biāo)排放[2]。雖然最后排放的水質(zhì)滿足了當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)污水處理廠的要求，但在工業(yè)廢水處理過(guò)程中檢測(cè)出高濃度的CODcr，以及少數(shù)NH3-N。經(jīng)過(guò)對(duì)處理工藝的改善及路線調(diào)整，在沉淀環(huán)節(jié)后增加ABR厭氧系統(tǒng)，并延長(zhǎng)微電解裝置的放置時(shí)間，提高曝光度來(lái)提升原液中可生化物的濃度。并對(duì)有機(jī)大分子物質(zhì)采取斷鏈處理，如C13H9NO、C3H4O3、HONH3Cl、C3H5ClO等;針對(duì)硝基苯類，氯苯類，苯胺類，苯酚類物質(zhì)，進(jìn)行開(kāi)環(huán)處理，來(lái)優(yōu)化處理結(jié)果。由于厭氧系統(tǒng)進(jìn)行改造后，硝化液設(shè)置為60%來(lái)提升氮和氨氮的處理效率，并在缺氧池中添加甲醇，通過(guò)30d的工藝調(diào)試，提升總氮去除率。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，系統(tǒng)能良好運(yùn)行，出水要求達(dá)到了工業(yè)廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)及當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)水廠接納管理的標(biāo)準(zhǔn)。

3 微電解技術(shù)的其他運(yùn)用途徑

微電解技術(shù)除了運(yùn)用在各種工業(yè)廢水的治理工作中，還被廣泛研究與應(yīng)用于其他廢水處理領(lǐng)域。比如用于治理含氯有機(jī)物廢水、處理含砷氟廢水，甚至還可用于農(nóng)藥廢水及地下污水處理領(lǐng)域。微電解技術(shù)作為農(nóng)藥合成廢水的預(yù)處理技術(shù)，能夠克服傳統(tǒng)的化學(xué)混凝法、高壓水解法、吸附法、生化法的降解程度差、出水質(zhì)量達(dá)不到要求等問(wèn)題。微電解技術(shù)對(duì)農(nóng)藥廢水中的苯來(lái)特、毒落定、麥草畏、s-三嗪類等物質(zhì)有良好的降解作用，并且有反應(yīng)速度短、降解效率高的優(yōu)點(diǎn)。

除此之外，國(guó)外不少學(xué)者研究通過(guò)微電解技術(shù)來(lái)治理及修復(fù)地下水，處理土地污染問(wèn)題。如美國(guó)某著名企業(yè)工廠的周圍土地，長(zhǎng)期且持續(xù)被工業(yè)溶劑和鉛污染，導(dǎo)致關(guān)閉。其通過(guò)在工廠周圍建造了兩道全長(zhǎng)150英尺、深達(dá)34英尺的“去鹵還原”零價(jià)鐵滲透反應(yīng)墻，來(lái)治理工業(yè)溶劑及鉛污染，并且取得了很好的凈化效果。

4 微電解技術(shù)存在的問(wèn)題及今后的發(fā)展方向

4.1 存在的問(wèn)題

目前，業(yè)內(nèi)進(jìn)行微電解填料的裝填，主要通過(guò)固定床形式來(lái)完成，雖然操作簡(jiǎn)便，但在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中容易導(dǎo)致較多問(wèn)題。首先，微電解法主要適用于酸性條件的污染治理環(huán)境。但是，在酸性環(huán)境中，容易發(fā)生溶出的鐵量過(guò)大的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致廢水治理工作效果不顯著，并且在微電解反應(yīng)后會(huì)絮凝沉淀產(chǎn)生大量鐵泥，一旦處理不當(dāng)就會(huì)使污染發(fā)生轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致二次污染問(wèn)題發(fā)生。另一方面，因?yàn)殍F屑在反應(yīng)中消耗過(guò)多，但是炭的消耗較少，要通過(guò)補(bǔ)充鐵屑的方式來(lái)讓鐵屑與炭能夠混合均勻，需要消耗大量的人力以及資金成本。其次，填充床經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，其填料表面會(huì)形成一層鈍化膜，而且在間歇式作業(yè)過(guò)程中，床層因?yàn)殚e置會(huì)暴露在空氣中，導(dǎo)致生銹板結(jié)問(wèn)題。在連續(xù)式作業(yè)時(shí)，床層也會(huì)因鐵屑結(jié)塊，造成填料與廢水反應(yīng)效率低下，從而嚴(yán)重影響廢水治理效果。

4.2 發(fā)展方向

首先，要探究影響填料表面鈍化以及填料板結(jié)的因素，針對(duì)不同因素尋找解決方法。其次，基于動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)條件，探究不同種類廢水的治理方法，并且探究如何實(shí)現(xiàn)微電解法與其他處理方法的有機(jī)結(jié)合，從而設(shè)計(jì)出操作簡(jiǎn)單并且可行性高、節(jié)能環(huán)保的廢水處理工藝。最后，針對(duì)上述固定床存在的問(wèn)題，探索研究微電解流化床反應(yīng)器，以有效解決上述問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)闡述微電解技術(shù)及其用于工業(yè)廢水的原理，并解析微電解技術(shù)如何治理化工廢水、印染廢水、含油廢水、電鍍廢水及精細(xì)化工行業(yè)污水，不難看出微電解技術(shù)由于其便捷節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，能被用于處理各類工業(yè)廢水，并在處理工序繁雜的污水時(shí)，功效顯著，應(yīng)用范圍廣泛。將微電解技術(shù)運(yùn)用在工業(yè)廢水治理中，還需要不斷突破技術(shù)難關(guān)，完善廢水處理系統(tǒng)，以提升治理效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 付麗霞，李瑞賢，李洪瑞.改進(jìn)型鐵碳微電解設(shè)備預(yù)處理絡(luò)合銅廢水[J].工業(yè)水處理，2019（1）：53-57.

[2] 田帥慧，康濟(jì)溢.微電解-Fenton技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用分析[J].低碳世界，2019，9（5）：27-28.