“微电解”工艺在小型污水处理站应用的可行性分析

DYG081电解实验装置
DYG083隔膜电解实验装置
DYG086电解-电渗析实验装置
DYG091电渗析实验装置

摘要：在实际生产过程中，部分企业产生废水量不大，但具有高色度、高COD的特点，本文就结合某小型企业实际生产状况，对“微电解”工艺在小型污水处理站应用的可行性进行分析。

关键词：微电解，高色度，预处理

某企业在生产工艺程中，需使用去离子水925.93吨，由项目自备去离子水生产设备直接生产。去离子水生产设备在生产过程中需进行定期冲洗，冲洗水量约占总产生水量的10%，产生废水量约为122.59吨，本部分废水进入公司污水处理站进行处理。车间排水及地面冲洗水具有高COD、色度大等特点，预处理拟采用“微电解”的工工艺进行预处理后与生活污水一起合并进行处理。

一、微电解技术介绍

由于铁离子有混凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除，为了增加电位差，促进铁离子的释放,在铁-碳床中加入一定比例铜粉或铅粉。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：

阳极(Fe): Fe- 2e→ Fe2+,

阴极(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2,

反应中，产生的了初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性,能改变废水中许多有机物的结构和特性,使有机物发生断链、开环等作用。

若有曝气，即充氧和防止铁屑板结。还会发生下面的反应：

O2+ 4H+ +4e→2H2O；

O2+ 2H2O+ 4e→4OH－；

4Fe2+ +O2+4H+→2H2O+ 4Fe3+。

反应中生成的OH－是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,从而增强对废水的净化效果。

二、反应原理

电化学反应的氧化还原。铁屑对絮体的电附集和对反应的催化作用。电池反应产物的混凝，新生絮体的吸附和床层的过滤等作用的综合效应的结果。其中主要作用是氧化还原和电附集，废铁屑的主要成分是铁和碳，当将其浸入电解质溶液中时,由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,因而会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的Fe2+进入废水,进而氧化成Fe3+,形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O],在偏酸性的条件下,这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,使有机大分子发生断链降解,从而消除了有机物尤其是印染废水的色度,提高了废水的可生化度,且阴极反应消耗了大量的H+生成了大量的OH-,这使得废水的pH值也有所提高。

当废水与铁碳接触后发生如下电化学反应:

阳极:Fe-2e—→Fe Eo(Fe/Fe)=0.4

阴极:2H++2e—→H2 Eo(H+/H2)=0V

当有氧存在时,阴极反应如下:

O2+4H++4e—→2H2O Eo(O2)=1.23V

O2+2H2O+4e—→4OH- Eo(O2/OH-)=0.41V

有试验在铁碳反应后加H2O2，阳极反应生成的Fe2+可作为后续催化氧化处理的催化剂,即Fe2+与H2O2构成Fenton试剂氧化体系。阴极反应生成的新生态[H]能与废水中许多组分发生氧化还原反应,破坏染料中间体分子中的发色基团(如偶氮基团),使其脱色。通过铁碳曝气反应,消耗了大量的氢离子,使废水的pH值升高,为后续催化氧化处理创造了条件。

三、催化氧化原理

向废水中投加适量的H2O2溶液与废水中的Fe2+组成试剂,它具有*的氧化能力,特别适用于难降解有机废水的治理。Fenton试剂之所以具有*的氧化能力,是由于HO被Fe催化分解产生•OH(羟基自由基)。

四、生化性能改善和色度去除的机理

微电解对色度去除有明显的效果。这是由于电极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力,可使某些有机物的发色基团硝基—NO2 、亚硝基—NO 还原成胺基—NH2 ,另胺基类有机物的可生化性也明显高于硝基类有机物;新生态的二价铁离子也可使某些不饱和发色基团(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的双键打开,使发色基团破坏而除去色度,使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外,二价和三价铁离子是良好的絮凝剂,特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性,调节废水的pH 可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀,吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子,可进一步降低废水的色度,同时去除部分有机污染物质使废水得到净化。

五、废水处理情况

本项目需预处理的水量不大，全年地面冲洗水、锅炉排水、纯水制备废水合计总用量为322.2吨，日需处理水量为1.1吨，按大量2.0吨/天进行预处理，需配套建设2.0吨/天的微电解处理设备。投资约50万元，年运行费用约1万元。

六、处理工艺的技术及经济可行性

经预处理后的废水与生活污水合并，进入“化粪池＋微动力污水生化处理”为工艺的生活污水处理站进行处理，达到葛店经济开发区污水处理厂接纳水质标准后进入葛店经济开发区污水处理厂。采用“化粪池＋微动力污水生化处理”为工艺的生活污水处理站工艺成熟，运行稳定，经过处理的废水能够达到一般城镇污水处理厂的进水水质标准。总投资约10万元，年运行费用0.2万元。

结束语：“微电解”工艺在小型污水处理站应用是可行的。但在实际应用过程中，应注意保持铁屑的活性，及时更换铁屑，以保持其氧化还原能力。