干货|工业废水处理铁碳微电解技术

前言

我国工业废水水质普遍呈现高COD、低BOD/COD、高SS、高盐含量的特点，特别是各行业废水水质存在显著差异。因此，工业废水处理技术的研究一直是水处理领域的重点之一。在十三五生态环境保护规划的推动下，工业废水排放标准逐步提高。生物方法经济高效，适用于多种类型的废水，但对高盐有机废水或难降解废水的处理效果较差，甚至HRT过长，增加了工程投资，而高级氧化处理技术成本过高。因此，迫切需要引入新的处理技术。

技术概述

微电解技术是以金属(主要是Fe)和非金属(一般是C)为填料，利用反应过程中产生的原电池效应、氧化还原反应、絮凝等作用机制，有效处理难降解有机废水的一种方法。此外，在酸性有氧条件下，Fe/C微电解反应会产生更多的强氧化物质。Fe/C微电解技术的反应机理和阴阳极反应见图1和表1。

铁碳微电解技术研究进展。

铁碳微电解技术的发展。

铁碳微电解技术的发展经历了初步发现、机理探索、新技术开发等阶段。初步发现阶段始于20世纪70年代初，Gillham将其应用于地下水处理领域。机理探究阶段始于20世纪70年代中期，PBRS在欧美大规模应用，主要从事反应机理研究。新技术开发阶段始于20世纪80年代，铁碳微电解技术逐渐从地下水修复扩展到印染、制药、石化、焦化等工业废水领域。

传统铁碳微电解技术缺陷。

传统铁碳微电解技术的主要缺陷：

(1)填料板结。传统的铁碳填料结构简单，通常由工业废铁刨花和碳颗粒混合而成。两者只是表面物理接触，在废水处理后期形成氧化铁或其他附着物，容易导致填料板结失效。

(2)对废水pH值要求较高。传统的微电解反应适用于pH值范围为3.0~5.0，如果pH值为3.0，解会造成Fe2+污染。如果pH值为5.0，填料电极间电位下降会降低原电池的反应速率。

(3)反应器结构缺陷。传统的微电解反应器主要采用单层曝气或固定床的形式。如果反应器中的水力学条件较差，则填料板结风险的可能性大大增加。

新型铁碳微电解技术研究进展。

虽然传统的铁碳微电解技术存在上述缺陷，但由于其反应效率高、操作简单、废物处理等优点，仍具有广阔的工业应用前景，特别是在难降解工业废水领域。针对传统铁碳微电解技术存在的问题，应优化填料、反应器和工艺，以促进该技术的推广和应用。

新型铁碳微电解填料。

根据目前有机废水难以降解和生化的特点，开发的多催化氧化填料由多金属合金融合催化剂和1350°高温微孔活化技术制成。它是一种新型的加入式无板结微电解填料。

产品控制点

生产工艺：1350℃高温工艺-形成合金结构，不同于物理压制和低温产品。

铁碳含量比:75/15，保证最低消耗填料，最大限度地形成更多的原电池。

引入催化剂：提供电化学反应的活性和更强的电势差，以更好地降解有机物。

多孔结构：提供更大的比表面积，提高反应效率，减少单位水投资。

耐压强度：使用时保持气水通道均匀，不粉化，产生阴阳极分体。

铁碳微电解联合工艺研究进展。

物化-微电解联合工艺。

在物化-微电解的联合过程中，物化法可以改善微电解的反应环境，从而提高微电解的处理效率。例如，在微电解过程的前端设置酸化处理单元可以使后续的阴极反应处于酸性有氧条件下，从而产生更强的氧化物质，大大提高废水的生化性。采用酸化-微电解工艺对油页岩废水进行预处理，废水COD去除率达78.38%，酚类去除率达97.64%，色度去除率达79.68%。微电解反应过程中产生大量Fe3+。对于微电解过程本身，Fe3+会形成氢氧化铁胶体，但结合Fenton过程，Fe3+可以作为Fenton反应中的催化剂，大大提高难降解物质的降解效率。Zhang等印染废水采用Fenton-微电解联合工艺处理。结果表明，该联合工艺能有效弥补单一微电解难以完全降解染料分子的缺陷，提高废水中不溶性黄腐酸、可溶性微生物代谢物和芳香蛋白的去除率。

微电解-生物联合工艺。

工业废水可生物降解性差，微电解工艺预处理可实现废水中难降解有机物的开环断链，从而大大提高其可生化性。与所有废水处理技术相比，生物技术最经济、最环保，符合当今社会可持续发展的主题。采用微电解-生物联合工艺处理难降解工业废水，可大大降低处理成本，为其大规模应用提供可能。微电解-生物联合工艺中的微电解工艺可以改善废水的生化性，同时生物工艺可以改善铁碳填料表面的堵塞。

物化-微电解-生物联合工艺。

对于一些极难降解的工业废水，物化-微电解-生物联合工艺各工艺各有优势，同时具有协同作用，大大增强了联合工艺的处理效果。