铁碳微电解提高难降解废水生化性的研究进展

李旭光

（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）

随着我国现代化工业的发展，难降解有机污水的排放量日益增多，炼油、制药、橡胶、有色金属、造纸、皮革、化工、石油等行业都会不同程度地排放含有难生物降解大分子有机物的工业废水。难生物降解有机废水的特点是有机物浓度高，有机物中的生物难降解种类多比例高，有毒性物质较多，而且含盐浓度较高，因可生化性低大大增加了处理难度[1]。

目前其处理方法一种是物化与化学法相结合工艺，但是条件苛刻、运行费用高；另一种是物化与化学和生化相结合的工艺，先经过物化或化学法进行预处理，提高生化性，再利用生化工艺进行处理，但是在预处理过程中采用的催化剂易流失，不能重复使用。铁碳微电解因其来源广泛、适应性广、处理设备简单、对废水色度的去除效果好等优点被应用。

1 铁碳微电解原理及影响因素

20世纪80年代末开始，国外有人开始研究采用铁碳微电解对难降解污水进行预处理。铁碳来源丰富，价格低廉，既不产生二次污染，又可以废物利用，所以被认为是预处理难降解有机污水的首选工艺。铁碳微电解法是利用 Fe/C原电池反应原理对废水进行处理的一种工艺，也称内电解法，通过在电解质溶液中形成原电池产生电场效应，使溶液中的带电胶粒附着且沉积在电极上，同时电极上反应生成的产物可与溶液中的其他物质发生化学反应，从而达到去除污染物的目的。

1.1 pH值的影响

pH值是铁碳微电解法处理废水的重要影响因素之一。pH值对微电解法的影响主要是通过影响新生态氢的形成而影响到氧化还原反应和通过影响新生态 Fe2+的水解、氧化、配合而影响到吸附絮凝沉淀作用。一般pH值较低时，会产生大量的H+，从而加速氧化还原反应，也对电极反应的进行有促进作用。但也不是越低越好，如果 pH值过低，会破坏生成的絮凝体，也会有大量的有色Fe2+离子生成，影响出水水质。许多实际运行表明在碱性或中性条件下，处理效果不佳。因此一般把pH值控制在偏酸性范围内，具体pH值要通过实际废水的性质来确定。

1.2 铁碳体积比的影响

铁碳微电解技术中添加适量的碳粒，是为了能形成更多的原电池，增强微电解反应效果。铁炭体积比过小时，不仅铁屑所形成的微观原电池的数量会减少，而且铁炭宏观原电池的数量也变少；同时，碳粒太多则会阻碍电极反应的活性产物与废水中有机物的反应。铁炭体积比太大时，铁离子与酸反应的溶出占主导地位，相反地，电化学溶出较少，则影响处理效果。

1.3 反应时间的影响

停留时间也是一个重要的工艺设计参数，氧化还原反应等进行时间的长短会受到停留时间的长短的影响，从而影响废水COD去除效果。停留时间太短，会使预处理的进行的不完全，效果不理想。停留时间延长，可以使氧化还原反应进行得更彻底，COD的去除率得到提高。但是停留时间如果过长，会增加铁的消耗量，增加了废水中铁离子的含量。同时也会带来设备投资大，耗电量加大等种种问题。因此要根据不同的废水选取合适的停留时间。

1.4 铁碳粒径

一般地，铁碳粒径会对微电解反应效果产生一定影响。铁碳粒径越小，其颗粒比表面积能越大，所组成的原电池就越多，微电场作用越强，电极反应产生[H]的速率也就越快，同时铁屑不易钝化。因此，从理论上看粒径越小越好。但在实际工程中，铁碳粒径过小通常容易造成铁碳填料层的堵塞与板结，从而影响处理效果和增加运行成本。其实，粒径大小一般选用20目左右即可，不宜过小。

2 铁碳微电解在难降解废水中的试验研究

染料废水中含有大量的有机物和盐分，具有CODcr浓度高，色度深，可生化性差等特点。罗旌生[2]等利用铁碳微电解法处理染料生产废水的试验研究，结果表明接触时间超过0.5 h，pH值在1左右，色度的去除率在 90%以上，COD的去除率在40%～60%。将微电解法和絮凝法相比，COD和色度分别提高了60%和30%，认为铁碳微电解的过氧化还原反应和絮凝作用起到较好的作用。

焦化废水水质水量变化大、成分复杂，含有酚、苯、氰等有毒物质，难降解有机物含量高，氨氮浓度高等特点。朱乐辉[3]等研究利用铁碳微电解/H2O2混凝法处理焦化废水，在pH值为7，FeCl3投加量为100 mg/L，m(Fe)∶m(C)为3∶1时，COD的去除率达到90%以上，色度的去除率可达到93.75%，去除效果较好。

制药业不同于其他行业，其污水包括抗生素生产废水、中成药生产废水、合成药物生产废水、各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水。该类废水有机物浓度高、色度深、毒性大、pH值变化大、温度较高、含有难降解物质和抑菌作用的抗生素，是国内外学者研究的重点废水之一。彭蜀君[4]等利用铁碳微电解预处理制药废水，反应时间为2.5 h、铁碳质量比1∶2、pH值为5时，COD的去除率在55%～60%，废水的生化性由0.14提高至0.32。

电镀废水主要来自电镀加工过程中产生的电镀水洗废水、活化废液、镀槽过滤残夜和地面冲洗水。水质复杂，成分不易控制，主要含铬、镍、锌等重金属元素。陈欣义[5]等利用铁碳微电解预处理电镀废水，试验结果表明，在铁碳比1∶1、反应时间30 min、pH值3时，COD的去除率能达到90%，重金属、氰化物等指标低于检出限。

3 工程实例

某药业有限公司主要从事头孢类抗生素的研制和开发，该制药厂的废水具有CODcr含量高、存在生物毒性、色度高、pH波动大、间歇排放等特点。污水处理站处理能力为 300吨/日，原水水质为CODcr 8 000～9 500 mg/L，BOD 5 985～1 700 mg/L，pH 10～12，BOD5/CODcr. 12～0.18。采用铁碳微电解+两级水解酸化+UASB+生物接触氧化组合工艺处理该类废水，处理效果如表1所示：

表1 组合工艺对可生化性改善及COD去除率的影响

由表 1可知，经铁碳微电解-两级水解酸化-UASB-生物接触氧化组合工艺处理后，铁碳微电解预处理后B/C比提高到0.32，促进了后续生化反应的进行，使得最终出水COD 降低到193.2 mg/L，总去除率可达到 97.6%，满足《辽宁省污水综合排放标准》（DB21 1627-2008）及《医疗机构水污染物排放标准》（GB 18466-2005）预处理标准。

4 结束语

目前铁碳微电解在提高难降解废水生化性方面已得到广泛的应用，但是铁碳微电解因其运行成本高，铁碳填料易板结等缺点，还需进一步研究其反应条件或者与其它处理方法联合使用，如铁碳微电解-Fenton、铁碳微电解-微波、铁碳微电解-AB生化处理、铁碳微电解-SBR生化处理等组合工艺，以进一步提高废水的可生化性，降低预处理的成本。

[1]任南琪．高浓度难降解有机工业废水生物处理技术关键[J]. 给水排水，2010, 36(9)：1-3+58．

[2]罗旌生，曾抗美，左晶莹，等．铁碳微电解法处理染料生产废水[J].水处理技术，2005，31 (11)：67-70．

[3]朱乐辉，裴浩言，邱俊．铁碳微电解/H2O2混凝法处理焦化废水的试验研究[J]. 水处理技术，2010，36 (8)：117-120．

[4]彭蜀君，董贝，秦丹，等. 铁碳微电解工艺预处理制药废水实验研究[J]. 环境科学与技术，2012，35（61）：270-273.

[5]陈欣义，石键韵，刘诗燕，等．铁碳微电解处理电镀前处理废水的试验研究[J]. 广东化工，2008，35 (9)：74-78．