微电解氧化还原破络技术在污水处理中的应用

王维

摘要：社会生产力的提高，使得工业废水的排放量逐年增加，而废水的处理一直以来都是环境保护的重点。微电解技术的成本低廉、工艺简单、适用范围广泛，逐渐被越来越多的应用的污水处理工艺中，微电解氧化还原破络技术的应用，可以显著降低污水的COD和色度，大大提高污水的可生化性，在结合其他的生化工艺能够使得废水达到排放标准。这里介绍了微电解的反应机理，以及微电解技术在污水处理工艺中的应用，发现微电解工艺对各种废水的处理效果都比较理想，因此微电解技术在污水处理领域的应用前景是十分广阔的。

关键词：微电解技术;氧化还原;破络技术;污水处理;工业废水

中图分类号：X703;T0028.8 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）01-0039-04

随着社会生产力的不断提高，我国社会经济发展取得了巨大的进步，但是也导致了环境污染物的产生，例如我国的工业废水的排放量就在逐年增加，对环境的危害也日益严重。由于生产方式和生产工艺的差异，所排放的工业废水的水量和水质也有很大的差别，其成分十分复杂，有毒物质、盐分以及COD含量较高，可生化性差，并且廢水中污染物的存在形态也有很大的不同。由于工业废水中的污染物复杂多样，所以在对污水进行处理时通常会用到多种方法，以此来达到所需要的处理效果。污水预处理的传统方法有化学法、物理法、生物法以及物化法等德国，这些传统方法的处理工艺较为复杂，操作较为困难，不容易控制，并且处理成本较高，因此国内外许多的研究人员对污水处理工艺进行了大量深入的研究，希望找到一种更为高效、便捷的污水处理工艺。微电解技术的提出解决了传统污水处理工艺中存在的许多难题，该项技术工艺简单、处理成本低廉、处理效果好，同时它不会产生二次污染，因此微电解技术为广泛的应用到了污水处理中，其对盐量、COD含量、色度较高的污水处理效果更加。微电解技术及其组合工艺的使用，可以显著改善废水的水质，有利于提高废水的可生化性，大大减轻了后续处理工艺的负担，此外微电解技术的应用范围十分广泛，不同种类的废水都可以使用微电解技术，由此可见微电解技术在废水处理工艺中的应用前景非常广阔。

1微电解技术

1.1微电解技术原理

1.1.1电场作用

铁和碳化铁或掐杂质之间会构成一个原电池，在这个原电池的周围就形成了一个电场，而污水中会存在许多稳定的胶体，由于电场的存在，这些胶体会产生电泳现象。微电解的原理就是由于电池产生的微电场，使得污水中的胶体颗粒、细小污染物、极性分子等，受电场作用产生电泳现象，最后全部集中到电极上面，从而形成较大的颗粒而沉淀，由此废水中的COD大大降低。

1.1.2电极反应

其中絮凝物氢氧化铁是典型的胶体絮凝剂，具有很强的吸附能力，所以污水中的悬浮物以及由于电极反应产生的不溶物等都可以被吸附而产生沉淀。

1.1.5物理吸附

当铸铁处理弱酸性的溶液中时，其表面会产生很多孔隙，所以其表面活性较强，对污水中的有机污染物具有一定的吸附作用，因为铸铁的表面积很大，且其表面含有很多含氧活性基团和不饱和键，其对染料分子的吸附作用可以在很大范围的PH值内都有效。

1.1.6电子传递作用

生物氧化酶中的细胞色素的重要组成部分就是铁元素，三价铁离子和亚铁离子通过相互之间的氧化还原反应实现电子传递，而水中微电解出的新生态铁离子也在电子传递中起到一定作用，进而促进生化反应。

1.2影响微电解的因素

在采用铁屑工艺处理污水时，很多因素都会对微电解反应产生影响，例如铁屑粒径、处理负荷、停留时间、PH值、通气量以及铁碳比等，废水处理工艺的效果会受到这些因素的影响，所以在进行废水处理时要根据实际情况对这些因素进行把控。

1）铁屑粒径：在重量一定的情况下，铁屑的粒径越小，则铁屑的颗粒就越多，电极反应就会更加剧烈，污染物的去除率就会明显提高。此外铁屑颗粒的比表面积也会随着粒径的减小而增大翻，这使得微电池的数量增多，铁屑颗粒间的接触也变得更加紧密，过柱时间延长，污染去除率显著提高。但是并不是铁屑的粒径越小就越好，如果粒径太小，单位时间内能够处理的水量也会减少，而且容易在成结块、堵塞，所以通常情况下最好是选择60—80目粒度的铁屑。

2）停留时间：氧化还原反应持续时间的长短就取决于停留时间，它对污水处理工艺的效果有较大影响。当停留时间越长，氧化还原反应持续的时间就越长，反应就越彻底，但是停留时间也要适当控制，不能过长，停留时间太长会增加铁的消耗量，造成溶液中亚铁离子的含量大量增加，亚铁离子又被溶液中的氧氧化成三价铁离子，导致溶液的色度增加，对后续处理工艺造成一定影响。停留时间还是要根据溶液的初始PH值来确定，并不是越长越好，若果溶液的初始PH值较高时，停留时间就要稍微长一些，如果初始PH值较低，那么停留时间就要相对较短。另外，停留时间浴场也意味着铁屑的用量越大，所以在进行工艺设计时要将二者放在一同考虑。

3）PH值：在进行废水处理工艺设计时，一个比较关键的因素就是PH值，PH值对污水的处理效果有直接影响，此外当处于不同PH值范围内是，污水处理的反应机理和反应产物都会存在很大的差异。当溶液的PH值较低时，会有当量的氢离子存在于溶液中，氢离子会加快反应的进行，但是如果PH值过低，就会对反应产物的形式造成破坏，例如反应生成的絮状体被破坏，生成了有颜色的亚铁离子，使得污水处理的效果变差。另外，根据以往的一些实际经验，发现在中性或者碱性的条件下时，污水处理的效果并不是太理想。所以，通常情况下，污水处理工艺都是将PH值控制在酸性的条件下，根据以往的经验来看，一般都会将PH值设计在3—6.5这个范围内，这样可以保证处理效果最佳。

4）铁碳比：碳的加入是使体系可以构成一个宏观的电池，如果体系中的铁屑含量较低时，加入更多的碳，可以增加体系中原电池的数量，是有机物的去除率大大提高。但是并不是碳屑的投入量越多越好，如果碳屑过量，会对原电池的电极反应造成抑制作用，此时碳屑更多的是起到吸附作用，因此体系中，碳和铁的含量也要控制在一个恰当的值，此外因为碳的类型对有机物的去除效果影响不是很大，所以从经济方面考虑可以选择更加低廉的焦炭或者活性炭。

5）温度：还原反应可以随着温度的升高而加快，但是这种加快效果更多的出现在反应初期，另外在整个污水处理过程中会采取一定的保温措施来是温度维持一定，所以实际处理中，都是在常温下进行的，不会采取升温措施。

6）通气量：采取通气操作多某些物质的氧化具有促进作用，同时也对铁屑有一定的搅动作用，使得结块的可能性大大降低，此外通气使得铁屑间的摩擦加剧，有利于其表面的钝化膜的去除，最后使得絮凝的效果更加，但是通气量也要加以控制，如果通气量过大，会对铁屑和水的基础时间造成一定影响，致使污染物去除率降低。当溶液为中性时，通气可以提供更加充足的氧气，对阳极反应的极性有促进作用，此外通气也起到了一定的震荡、搅拌作用，对浓差的极化有减弱作用，能够加快电极反应的进行。因此，控制好通气量，对污水处理效果有显著的增强作用。

2微电解氧化还原破络技术在污水处理中的应用

采用微电解技术处理工业废水，可以显著降低废水中的色度及COD，同时还能使废水的可生化性明显提高，如果与其他的生物处理工艺结合，可以使得处理效果更加。

1）染料废水的处理：染料废水是印染场所排出的废水，一直以来都是废水处理的难点。染料废水中含有大量的以苯环为中心的杂环、稠环等难以降解的化合物，这类化合物大都是具有较大毒性和致癌性的物质，例如阴离子表面活性剂、二氧化硫脲、烷基苯磺酸钠等等翻。在染料废水处理中使用微电解工艺主要是通过几点来完成：活性炭的吸附作用可以吸附废水中所溶解的污染物，原电池的阴极产生的[O]和[H]对废水的酸碱度起到调节作用，同时亚铁离子和新生态的[H]与废水中的许多成分都可以发生氧化还原反应，对染料中间体分子中的发色基团造成破坏，达到脱色效果，使废水的色度降低。另外亚铁离子和三价铁离子会水解生成胶体絮状物，可以吸附废水中的胶体物质、分散染料以及部分还原性物质，使其沉淀下来，是废水的可生化性显著提高。

2）化工废水处理：化工废水指的是生产化工产品的过程中排放出来的废水，通常化工废水的排放量都较大色度、盐度及cOD都很高，毒性也较大，废水中难降解的化合物含量也较高，因此化工废水的处理难度也相对较大，但是化工废水中有许多可以利用的资源，所以化工废水的处理技术一直都是研究人员的重点研究内容。化工废水中有大量的多环芳烃类、氯代苯类、酚类以及硝基苯类的化合物，在处理化工废水中可以采用物理法和化学法，物理法常用的有气浮、吸附、过滤、沉淀等，而化学法有氧化、混凝等。微电解工艺处理工业废水主要通过以下几个方面来实现：污水通过铁碳层的过滤作用，加上活性炭和铁屑的吸附作用，氧化还原反应产生的H2会产生气浮效果，最后[O]、[H]和铁离子的氧化还原反应也能够达到废水处理的效果。

3）电镀废水的处理：作为工业生产领域主要的污染源之一的电镀废水，其所含的污染物种类繁杂，重金属粒子和氰化物含量较多，毒性较大，含有致畸、致癌、值突变的剧毒物质，电镀废水对人类的危害极大。通常情况下，电镀废水中都含有镍、铬、铜、锌、镉等重金属，有时还会含有金银等贵金属，如果不加以处理就排放，会对人类健康和环境造成巨大伤害，同时也是一种资源浪费。电镀废水的处理方法通常有沉淀法、氧化还原法、吸附和膜法。电解法近些年也被重点用于电镀废水的处理工艺中，电解法不会产生二次污染，去除率高，并且处理过程中沉淀的重金属还能够被回收再利用，所以越来越多的研究人员对铁屑电解法进行了深入研究，研究发现铁屑电解法对去除重金属离子有很好的效果。电镀废水的微电解处理工艺主要有3个方面：①金属活动顺序表中，只要是排列在铁元素后面的金属元素都可以别铁置换出来，然后在铁的表面沉积，而氧化性较强的化合物或者粒子也会被Fe²⁺和铁屑还原成毒性更小的物质;②如果溶液偏酸性，而铁屑的比表面积很大，就会使得铁屑的表面活性较高，进而会有更多的金属离子被吸附，有利于金属的去除，此外碳屑的吸附作用也可以吸附重金属离子;③三价铁离子络合生成的产物会与重金属离子产生络合反应，进而生成沉淀，也有利于重金属的去除。

4）含有废水处理：石油化工、煤气发生站、焦化、机械加工等企业都会排放出含油废水，含油废水中的油类物质有石油产品、分馏物、天然石油以及焦油等，此外包括一些食用动植物油及脂肪类，含油废水的可生化性差，BOD、COD高，易燃、易氧化分解，有一定色度和气味，通常都难溶于水、比水轻。含油废水若是不经处理就直接排放，会造成水体污染，严重影响水生生物的生存，同时造成资源浪费。现阶段国内外所用的含油废水处理工艺的基础就是混凝一沉降一过滤，常见的方法有气浮法、重力分离法、膜法、絮凝法、粗粒化法等等。含油废水的污染物成分变得越来越复杂，所以传统的处理工艺已经达不到预期的处理效果，所以研究人員致力于新的处理工艺的研究，因而微电解技术及其组合工艺渐渐被应用到含油废水的处理工艺中。利用微电解工艺来对含油废水的处理主要是通过以下几个方面来实现的：其一是铁屑和活性炭的吸附作用;其次是原电池阴极生成的大量的气泡的气浮作用;最后一点就是铁离子的混凝作用。

3结语

微电解法作为预处理技术，在各种工业废水的处理工艺中都有较为广泛的应用，利用微电解技术可以很大程度的降低废水的色度和COD，同时大大提高废水的可生化性，极大的减少了后续处理工艺的复合，也是的废水处理效果显著增强。但是微电解技术单独使用的话，达不到预期的处理效果，所以通常都会结合其他的处理技术构成组合工艺，以此来实现工业废水的排放标准。随着生产力的不断提高，工业废水的排放量也会越来越大，因此开发一种更加经济、高效的废水处理工艺是未来的研究重点，应该更加深水的研究微电解技术及其组合工艺，争取达到更好的废水处理效果。