微電解氧化還原破絡技術在污水處理中的應用

王維

摘要：社會生產力的提高，使得工業廢水的排放量逐年增加，而廢水的處理一直以來都是環境保護的重點。微電解技術的成本低廉、工藝簡單、適用范圍廣泛，逐漸被越來越多的應用的污水處理工藝中，微電解氧化還原破絡技術的應用，可以顯著降低污水的COD和色度，大大提高污水的可生化性，在結合其他的生化工藝能夠使得廢水達到排放標準。這里介紹了微電解的反應機理，以及微電解技術在污水處理工藝中的應用，發現微電解工藝對各種廢水的處理效果都比較理想，因此微電解技術在污水處理領域的應用前景是十分廣闊的。

關鍵詞：微電解技術;氧化還原;破絡技術;污水處理;工業廢水

中圖分類號：X703;T0028.8 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）01-0039-04

隨著社會生產力的不斷提高，我國社會經濟發展取得了巨大的進步，但是也導致了環境污染物的產生，例如我國的工業廢水的排放量就在逐年增加，對環境的危害也日益嚴重。由于生產方式和生產工藝的差異，所排放的工業廢水的水量和水質也有很大的差別，其成分十分復雜，有毒物質、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也有很大的不同。由于工業廢水中的污染物復雜多樣，所以在對污水進行處理時通常會用到多種方法，以此來達到所需要的處理效果。污水預處理的傳統方法有化學法、物理法、生物法以及物化法等德國，這些傳統方法的處理工藝較為復雜，操作較為困難，不容易控制，并且處理成本較高，因此國內外許多的研究人員對污水處理工藝進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。微電解技術的提出解決了傳統污水處理工藝中存在的許多難題，該項技術工藝簡單、處理成本低廉、處理效果好，同時它不會產生二次污染，因此微電解技術為廣泛的應用到了污水處理中，其對鹽量、COD含量、色度較高的污水處理效果更加。微電解技術及其組合工藝的使用，可以顯著改善廢水的水質，有利于提高廢水的可生化性，大大減輕了后續處理工藝的負擔，此外微電解技術的應用范圍十分廣泛，不同種類的廢水都可以使用微電解技術，由此可見微電解技術在廢水處理工藝中的應用前景非常廣闊。

1微電解技術

1.1微電解技術原理

1.1.1電場作用

鐵和碳化鐵或掐雜質之間會構成一個原電池，在這個原電池的周圍就形成了一個電場，而污水中會存在許多穩定的膠體，由于電場的存在，這些膠體會產生電泳現象。微電解的原理就是由于電池產生的微電場，使得污水中的膠體顆粒、細小污染物、極性分子等，受電場作用產生電泳現象，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

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

1.1.5物理吸附

當鑄鐵處理弱酸性的溶液中時，其表面會產生很多孔隙，所以其表面活性較強，對污水中的有機污染物具有一定的吸附作用，因為鑄鐵的表面積很大，且其表面含有很多含氧活性基團和不飽和鍵，其對染料分子的吸附作用可以在很大范圍的PH值內都有效。

1.1.6電子傳遞作用

生物氧化酶中的細胞色素的重要組成部分就是鐵元素，三價鐵離子和亞鐵離子通過相互之間的氧化還原反應實現電子傳遞，而水中微電解出的新生態鐵離子也在電子傳遞中起到一定作用，進而促進生化反應。

1.2影響微電解的因素

在采用鐵屑工藝處理污水時，很多因素都會對微電解反應產生影響，例如鐵屑粒徑、處理負荷、停留時間、PH值、通氣量以及鐵碳比等，廢水處理工藝的效果會受到這些因素的影響，所以在進行廢水處理時要根據實際情況對這些因素進行把控。

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，電極反應就會更加劇烈，污染物的去除率就會明顯提高。此外鐵屑顆粒的比表面積也會隨著粒徑的減小而增大翻，這使得微電池的數量增多，鐵屑顆粒間的接觸也變得更加緊密，過柱時間延長，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，單位時間內能夠處理的水量也會減少，而且容易在成結塊、堵塞，所以通常情況下最好是選擇60—80目粒度的鐵屑。

2）停留時間：氧化還原反應持續時間的長短就取決于停留時間，它對污水處理工藝的效果有較大影響。當停留時間越長，氧化還原反應持續的時間就越長，反應就越徹底，但是停留時間也要適當控制，不能過長，停留時間太長會增加鐵的消耗量，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鐵離子，導致溶液的色度增加，對后續處理工藝造成一定影響。停留時間還是要根據溶液的初始PH值來確定，并不是越長越好，若果溶液的初始PH值較高時，停留時間就要稍微長一些，如果初始PH值較低，那么停留時間就要相對較短。另外，停留時間浴場也意味著鐵屑的用量越大，所以在進行工藝設計時要將二者放在一同考慮。

3）PH值：在進行廢水處理工藝設計時，一個比較關鍵的因素就是PH值，PH值對污水的處理效果有直接影響，此外當處于不同PH值范圍內是，污水處理的反應機理和反應產物都會存在很大的差異。當溶液的PH值較低時，會有當量的氫離子存在于溶液中，氫離子會加快反應的進行，但是如果PH值過低，就會對反應產物的形式造成破壞，例如反應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，根據以往的一些實際經驗，發現在中性或者堿性的條件下時，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，根據以往的經驗來看，一般都會將PH值設計在3—6.5這個范圍內，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成一個宏觀的電池，如果體系中的鐵屑含量較低時，加入更多的碳，可以增加體系中原電池的數量，是有機物的去除率大大提高。但是并不是碳屑的投入量越多越好，如果碳屑過量，會對原電池的電極反應造成抑制作用，此時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恰當的值，此外因為碳的類型對有機物的去除效果影響不是很大，所以從經濟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在反應初期，另外在整個污水處理過程中會采取一定的保溫措施來是溫度維持一定，所以實際處理中，都是在常溫下進行的，不會采取升溫措施。

6）通氣量：采取通氣操作多某些物質的氧化具有促進作用，同時也對鐵屑有一定的攪動作用，使得結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，如果通氣量過大，會對鐵屑和水的基礎時間造成一定影響，致使污染物去除率降低。當溶液為中性時，通氣可以提供更加充足的氧氣，對陽極反應的極性有促進作用，此外通氣也起到了一定的震蕩、攪拌作用，對濃差的極化有減弱作用，能夠加快電極反應的進行。因此，控制好通氣量，對污水處理效果有顯著的增強作用。

2微電解氧化還原破絡技術在污水處理中的應用

采用微電解技術處理工業廢水，可以顯著降低廢水中的色度及COD，同時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：染料廢水是印染場所排出的廢水，一直以來都是廢水處理的難點。染料廢水中含有大量的以苯環為中心的雜環、稠環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，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幾點來完成：活性炭的吸附作用可以吸附廢水中所溶解的污染物，原電池的陰極產生的[O]和[H]對廢水的酸堿度起到調節作用，同時亞鐵離子和新生態的[H]與廢水中的許多成分都可以發生氧化還原反應，對染料中間體分子中的發色基團造成破壞，達到脫色效果，使廢水的色度降低。另外亞鐵離子和三價鐵離子會水解生成膠體絮狀物，可以吸附廢水中的膠體物質、分散染料以及部分還原性物質，使其沉淀下來，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化工產品的過程中排放出來的廢水，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一直都是研究人員的重點研究內容。化工廢水中有大量的多環芳烴類、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法，物理法常用的有氣浮、吸附、過濾、沉淀等，而化學法有氧化、混凝等。微電解工藝處理工業廢水主要通過以下幾個方面來實現：污水通過鐵碳層的過濾作用，加上活性炭和鐵屑的吸附作用，氧化還原反應產生的H2會產生氣浮效果，最后[O]、[H]和鐵離子的氧化還原反應也能夠達到廢水處理的效果。

3）電鍍廢水的處理：作為工業生產領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，電鍍廢水對人類的危害極大。通常情況下，電鍍廢水中都含有鎳、鉻、銅、鋅、鎘等重金屬，有時還會含有金銀等貴金屬，如果不加以處理就排放，會對人類健康和環境造成巨大傷害，同時也是一種資源浪費。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用于電鍍廢水的處理工藝中，電解法不會產生二次污染，去除率高，并且處理過程中沉淀的重金屬還能夠被回收再利用，所以越來越多的研究人員對鐵屑電解法進行了深入研究，研究發現鐵屑電解法對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個方面：①金屬活動順序表中，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，然后在鐵的表面沉積，而氧化性較強的化合物或者粒子也會被Fe²⁺和鐵屑還原成毒性更小的物質;②如果溶液偏酸性，而鐵屑的比表面積很大，就會使得鐵屑的表面活性較高，進而會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;③三價鐵離子絡合生成的產物會與重金屬離子產生絡合反應，進而生成沉淀，也有利于重金屬的去除。

4）含有廢水處理：石油化工、煤氣發生站、焦化、機械加工等企業都會排放出含油廢水，含油廢水中的油類物質有石油產品、分餾物、天然石油以及焦油等，此外包括一些食用動植物油及脂肪類，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。含油廢水若是不經處理就直接排放，會造成水體污染，嚴重影響水生生物的生存，同時造成資源浪費。現階段國內外所用的含油廢水處理工藝的基礎就是混凝一沉降一過濾，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越復雜，所以傳統的處理工藝已經達不到預期的處理效果，所以研究人員致力于新的處理工藝的研究，因而微電解技術及其組合工藝漸漸被應用到含油廢水的處理工藝中。利用微電解工藝來對含油廢水的處理主要是通過以下幾個方面來實現的：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;最后一點就是鐵離子的混凝作用。

3結語

微電解法作為預處理技術，在各種工業廢水的處理工藝中都有較為廣泛的應用，利用微電解技術可以很大程度的降低廢水的色度和COD，同時大大提高廢水的可生化性，極大的減少了后續處理工藝的復合，也是的廢水處理效果顯著增強。但是微電解技術單獨使用的話，達不到預期的處理效果，所以通常都會結合其他的處理技術構成組合工藝，以此來實現工業廢水的排放標準。隨著生產力的不斷提高，工業廢水的排放量也會越來越大，因此開發一種更加經濟、高效的廢水處理工藝是未來的研究重點，應該更加深水的研究微電解技術及其組合工藝，爭取達到更好的廢水處理效果。