1、鐵碳微電解填料工程設計張琪鐵碳微電解填料濰坊普茵沃潤環保科技與中山大學聯合研制的微電解反應器應用于工業廢水的處理過程,在使用中通過嚴格控制流速及曝氣量,并通過獨特的設計使處理效果達到最佳。具有成本低廉,效果顯著的特點。普茵沃潤環?？萍加邢薰臼且患抑铝τ诃h保技術創新,環保設備制造,環保產品集成供應和相關技術服務為一體的環保專業技術企業。以環保高科技為先導,以吸收國外先進技術為基礎,以改進創新為發展動力,以加工制造為根本,開發并推出多項具有競爭力的產品,形成了技術不斷創新,產品質量不斷提高的發展局面。主要涉及城鎮污水和工業廢水處理領域；對各種廢水治理工程的設計,施工,安裝調試及總承包擁有豐富的經

2、驗及解決方案。公司產品涉及：活性鐵碳微電解填料,負載型氧化銅反應填料及各種新型環保設備。其中活化鐵碳微電解填料是由具有高低電位差的金屬合金融合催化劑采用微孔活化技術生產而成,經過上百次對企業廢水進行試驗,讓配方更加合理,杜絕了同類產品開始使用時效果明顯日后效能逐漸下降的弊端,在使用過稱中效能更加長久；產品中添加的多種微量元素,促進了鐵離子釋放,使廢水處理效果更加顯著。同時采用科學的高溫燒結養護過程使產品強度高,使用時不會因為水浸過久而松軟變散導致損耗過多；不但降低了產品使用成本,同時也使處理效果大幅提升。1,解決了微電解污水處理工藝填料板結,鈍化,活化,更換的難題,并具有持續高活性鐵床優點。2

3、,內電解陰陽極及催化劑通過高溫形成架構式合金結構,不會像鐵碳混合組配那樣容易出現陰陽極分離,影響原電池反應。3,采用微孔活化技術,比表面積大,同時配加催化劑,對廢水處理提供了更大的電流密度和更好的微電解反應效果,反應速率快。4,由于微電解和催化劑的雙重作用,同比傳統鐵碳填料對針對有機物濃度大,高毒性,高色度,難生化廢水的處理。5,電解處理方法可以達到化學沉淀除磷的效果,還可以通過還原除重金屬。廢水經微電解處理后會在水中形成原生態的亞鐵或鐵離子,具有比普通混凝劑更好的混凝作用。6,Fe2催化作用,在微電解后投加H2O2,即芬頓氧化工藝,對一些難降解化工廢水CODcr的去解率可達75-95。7,該

4、技術通過高溫燒結等手段將鐵及金屬催化劑與炭包容在一起形成架構式鐵炭結。 濰坊普茵沃潤環?？萍加邢薰臼侵铝τ谏a污水處理產品的專業化高科技公司。本公司人才濟濟,凝聚一批具有責任心以及創業精神的高素質員工團隊,公司與中山大學共同研發的新型包容式微電解技術可高效去除廢水中高濃度有機物,提高可生化性,同時還可避免運行過程中的填料鈍化,板結等現象。并聘用美國美世學院大中華區總監Mel Sun先生為我們公司的管理顧問,從企業管理到產品生產銷售的全環節為我們定身打造全員責任流程,以確保我們的產品,服務達到一流水準。我們還與國內多所知名院校專家聯合研制開發高科技水處理添加劑和設備,聘請在英國從事環保水處理工

5、作20余年的姜亞偉博士作為我們的科研總監,負責指導我們產品的研制開發工作。鐵碳微電解工藝詳細資料微電解法是利用金屬腐蝕原理,形成原電池對廢水進行處理的良好工藝,又稱內電解法,鐵屑過濾法等。該法具有適用范圍廣,處理效果好,使用壽命長,成本低廉及操作維護方便等優點,并使用廢鐵屑為原料,也不需消耗電力資源,具有“以廢治廢”的意義,使得該工藝技術自誕生開始,即在美,蘇,日等國家引起廣泛重視,已有很多的專利,并取得了一些實用性的成果。該工藝是在20世紀7O年代應用到廢水治理中的,而我國從2O世紀8O年代開始這一領域的研究,也已有不少文獻報導。特別是近幾年來,進展較快,在印染廢水,電鍍廢水,石油化工廢水及

6、含砷含氰廢水的治理方面相繼有研究報導,有的已投入實際運行。 產品概述：微電解技術是目前處理高濃度,難降解有機廢水的一種理想工藝,又稱內電解。它是在無需外接電源的情況下自身產生1.2伏電位差對廢水進行電解處理能達到降解有機污染的目的。當系統通水后設備內會形成無數的微電池系統構成磁場產生電位差。鐵在酸性條件下釋放鐵離子生成新生態Fe2 。Fe2 具有氧化-還原的作用,能與廢水中的許多組分發生氧化還原反；將六價鉻還原為三價鉻;將汞離子還原為單質貢；將硝基還原為氨基；將偶氮廢水的有色基團或助色基團氧化-還原；達到降解脫色作用；提高了廢水的可生化性。生成的Fe2 加減調PH值進一步產生Fe3 ；Fe3

7、是一種很好的絮凝劑。它們的水合物具有較強的吸附-絮凝作用,Fe3 在減的作用下進一步產生氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑。它們的吸附能力遠遠高于那些外加化學藥劑水解得到的絮凝劑；分散在水污中的懸浮物,有毒物,金屬離子及有極大分子能被吸附-絮凝沉淀。其工作原理：電化學,氧化還原,物理吸附及絮凝-沉淀的共同作用對廢水進行處理。1 基本原理 微電解反應器內的填料主要有兩種：一種為單純的鐵刨花；另一種為鑄鐵屑與惰性碳顆粒(如石墨,活性碳,焦炭等的混臺填允體。兩種填料均具有微電解反應所需的基本元素：Fe和C。低電位的Fe與高電位的C在廢水中產生電位差,具有一定導電性的廢水充當電解質,形成無數的原電池,產生

8、電極反應和由此所引起的一系列作用,改變廢水中污染物的性質,從而達到廢水處理的目的。 1.1 電極反應 陽極（Fe）： 陰極（C）： 當有O2時： 由上述反應的標準電極電位E0可知,酸性充氧條件下電極反應的E0最大,有O2存在得情況下電極反應進行得最快,該反應不斷消耗廢水中的H ,使其pH值上升。因此,pH低,酸度大時,氧的電極電位提高,微電池的電位差加大,促進了電極反應的進行。這從理論上解釋了酸性廢水微電解反應效果較好的原因。 1.2 氧化還原反應 1.2.1 鐵的還原作用 鐵是活潑金屬,在酸性條件下可使一些重金屬離子和有機物還原為還原態,例如： （1）將汞離子還原為單質汞： （2）將六價鉻還

9、原為三價鉻： （3）將偶氮型染料的發色基還原： （4）將硝基還原為胺基： 鐵的還原作用使廢水中重金屬離子轉變為單質或沉淀物而被除去,使一些大分子染料降解為小分子無色物質,具有脫色作用,同時提高了廢水的可生化性。 1.2.2 氫的氧化還原作用 電極反應中得到的新生態氫具有較大的活性。能與廢水中許多組分發生氧化還原作用,破壞發色,助色基團的結構,使偶氮鍵破裂,大分子分解為小分子,硝基化臺物還原為胺基化合物,達到脫色的目的。一般地,H是在Fe2的共同作用下將偶氮鍵打斷,將硝基還原為胺基。 1.3 電化學附集 當鐵與碳化鐵或其他雜質之間形成一個小的原電池,將在其周圍產生一個電場,許多廢水中存在著穩定的

10、膠體如印染廢水,當這些膠體處于電場下時將產生電泳作用而被附集。 在電場的作用下,膠體粒子的電泳速度可由下式求出： 式中： V膠體粒子的電泳速度(cms 電位(V D分散介質的介電常數 E電場強度(Vcm 分散介質的粘度(Pa?S K系數 例如采用電位差為1.2V的廢鐵屑和焦炭粒,浸泡在電位為0.30mV的廢水溶液中,粒料間的分離距離為0.10cm,可以得到5?0-3cm/s的分離速度,從理論上計算20s就可完成電泳沉積過程。 1.4 物理吸附在弱酸性溶液中,鐵屑豐富的比表面積顯出較高的表面活性,能吸附多種金屬離子,能促進金屬的去除,同時鐵屑中的微碳粒對金屬的吸附作用也是不可忽視的。而且鑄鐵是一

11、種多孔性的物質,其表面具有較強的活性,能吸附廢水中的有機污染物,凈化廢水,特別是加入煙道灰等物質時,其很大的比表面積和微晶表面上含有大量不飽和鍵和含氧活性基團,在相當寬的pH值范圍內對染料分子都有吸附作用。 1.5 鐵的混凝沉淀 在酸性條件下,用鐵屑處理廢水時,會產生Fe2 和Fe3 。Fe2 和Fe3 是很好的絮凝劑,把溶液pH調至堿性且有O2存在時,會形成Fe(OH2和Fe(OH3很好的絮凝劑,發生絮凝沉淀。反應式如下： 生成的Fe(OH3 是膠體絮凝劑,它的吸附能力高于一般藥劑水解得到的Fe(OH3吸附能力。這樣,廢水中原有的懸浮物,通過微電池反應產生的不溶物和構成色度的不溶性染料均可被

12、其吸附凝聚。 1.6 鐵離子的沉淀作用 在電池反應的產物中,Fe2 和Fe3 也將和一些無機物發生反應生成沉淀物而去除這些無機物,以減少其對后續生化工段的毒害性。如S2一,CN等將生成FeS,Fe3Fe(CN62,Fe4Fe(CN63等沉淀而被去除。 2 工藝影響因素及設計參數 影響微電解工藝處理廢水效果的因素有許多,如pH值,停留時間,處理負荷,鐵屑粒徑,鐵碳比,通氣量等。這些因素的變化都會影響工藝的效果,有些可能還會影響到反應的機理。 2.1 pH值 通常pH值是一個比較關鍵的因素,它直接影響了鐵屑對廢水的處理效果,而且在pH值范圍不同時,其反應的機理及產物的形式都大不相同。一般低pH值時

13、,因有大量的H,而會使反應快速地進行,但也不是pH值越低越好,因為pH值的降低會改變產物的存在形式,如破壞反應后生成的絮體,而產生有色的Fe2使處理效果變差。而pH值在中性或堿性條件下,許多實際運行表明進行得不理想或根本不反應。因此,一般控制在pH值為偏酸性條件下,當然這也因根據實際廢水性質而改變。2.2 停留時間停留時間也是工藝設計的一個主要影響因素,停留時間的長短決定了氧化還原等作用時間的長短羰奔湓匠 躉 乖 茸饔靡步 械迷匠溝祝 捎諭羰奔涔 崾固 南 牧吭黽櫻 傭 谷艸齙腇e2 大量增加,并氧化成為Fe3,造成色度的增加及后續處理的種種問題。所以停留時間并非越長越好,而且對各種不同的廢水

14、,因其成分不同,其停留時間也不一樣。建議設計參數：染料廢水停留時間為30min；硝基苯廢水停留時間為4060min；制罐廢水停留時間為71Oh；制藥生產廢水停留時間為4h；含油廢水停留時間為3040min。停留時間還取決于進水的初始pH值,進水的初始pH值低時,則停留時間可以相對取得短一點；相反,進水的初始pH值高時,停留時間也應相對的長一點。停留時間還反映了鐵屑用量,停留時間長也就是說單位廢水的鐵屑用量大。兩個參數可以相互校核,共同控制。 2.3 Fe/C比 加入碳是為了組成宏觀電池,當鐵中碳屑量低時,增加碳屑,可使體系中的原電池數量增多,提高對有機物等的去除效果。但當碳屑過量時,反而抑制了

15、原電池的電極反應,更多表現為吸附,所以Fe/C比也應有一個適當值,且加入的碳的種類可以為活性炭或焦炭,碳種類對有機物等去除率影響不大,因此按經濟因素考慮應選焦炭為最佳,具體設計參數為Fe/C (體積比=11.5。 2.4 鐵屑粒度的影響 鐵屑粒度越小,單位重量鐵屑中所含的鐵屑顆粒越多,使電極反應中絮凝過程增加,利于提高去除率。另一方面鐵屑粒度越小,顆粒的比表面積越大。微電池數也增加,顆粒間的接觸更加緊密,延長了過柱時間,也提高了去除率。但粒度越小,使單位時間處理的水量太小,且易產生堵塞,結塊等不利影響,故一般的粒度以6080目為佳。 2.5 通氣量 對鐵屑進行曝氣利于氧化某些物質,如三價砷等,

16、也增加了對鐵屑的攪動,減少了結塊的可能性,且進行摩擦后,利于去除鐵屑表面沉積的鈍化膜,且可以增加出水的絮凝效果,但曝氣量過大也影響水與鐵屑的接觸時間,使去除率降低。在中性條件下,通過曝氣,一方面提供更充足的氧氣,促進陽極反應的進行。另一方面也起到攪拌,振蕩的作用,減弱濃差極化,加速電極反應的進行,并且通過向體系加入催化劑改進陰極的電極性能,提高其電化學活性來促進電極反應的進行,已取得了顯著效果。 2.6 鐵屑活化時間 由于鐵屑表面存在有氧化膜鈍層,因此在使用之前應對鐵屑表面進行活化。研究表明,用稀鹽酸進行活化時,當進行20min后,反應的K值基本已經穩定,故活化時間可以以20min為宜。 2.

17、7 溫度 溫度的升高可使還原反應加快,但是加快最大的是反應初期,且由于維持一定的溫度需要保溫等措拖,一般的工業應用不予以考慮,均在常溫下進行反應。 2.8 鐵粉品種 一般使用的鐵屑有鑄鐵屑和鋼鐵屑兩種。鑄鐵屑含碳量高,處理效果好,但材料來源不易,絮體易破碎,強度低,易壓碎結塊；鋼鐵屑含碳量稍低而效果差,但材料易得。在流動水體中,能與廢水接觸均勻,不易短流或結塊,表面鈍化物也易被帶走,自然更新力強,且增大停留時間,效果也能接近鑄鐵屑。磁性鑄鐵粉處理含鉻電鍍廢水,取得了極佳的凈化效果。磁性鑄鐵粉主要強化了鑄鐵粉表面的微電池作用,同時也加速了鐵粉表面和溶液中的氧化還原速度,也能加速絮體的沉降過程。

18、1,微電解填料的應用及發展 1.1 印染廢水的處理印染廢水是印染企業生產過程中排放的各種廢水混合后的總稱。我國日排放印染廢水量為(300400×104 t,是各行業中的排污大戶之一。印染廢水主要由退漿廢水,煮煉廢水,漂白廢水,絲光廢水,染色廢水和印花廢水組成,其中含有大量的染料,助劑,漿料,酸堿,纖維雜質及無機鹽等,其特點是有機物含量高,堿度高,色度深,組成復雜,可生化性差,而且其中的硝基,胺基化合物及銅,鉻,鋅,砷等重金屬元素具有較大的生物毒性。長期以來,印染廢水一直是工業廢水處理的重點和難點。近年來隨著染料工業的飛速發展和印染后整理技術的進步,PVA漿料,各種新型助劑和整理劑等抗

19、光解,耐氧化和抗生物降解的有機物被越來越多的應用,排出廢水的BOD5/ COD值一般在20%左右,色度有時可高達4000倍以上,印染廢水的處理難度不斷加大。因此有針對性的開發高效率,低成本的處理技術,是印染行業面臨的重大課題。針對這一點,近幾年國內外都開展了一系列的研究工作,取得了顯著的進展和突破。新技術的應用：近年來,鐵碳微電解研究成果和技術專利已經成功應用于各種規模的印染企業的廢水治理工程。利用鐵碳微電解技術處理印染廢水,可以有效提高廢水的可生化性,脫色率幾乎可以達到100%,并且鐵碳微電解技術是利用鐵元素和碳元素自身發電,不用外加電流,因此操作方便,運行成本低廉。印染廢水水量大,色度深,

20、堿性強,水質變化大,難降解有機污染物含量高。目前,印染廢水普遍采用生化法,混凝沉淀法,混凝氣浮法和活性炭吸附法進行處理。這些方法投資費用高,管理難度大,脫色效果和去除率都不理想。近幾年來報道了許多用電化學法處理印染廢水的研究成果和技術專利,并應用于各種規模的印染企業的廢水治理工程,收到了良好的效果。利用微電解法處理染料廢水,CODcr去除率達67%左右,脫色率幾近100。結果表明酸性廢水有利于去除CODcr,和脫色,選擇pH值為4的酸性廢水為宜；延長微電解反應時間有利于提高處理效果,但會增加投資和運行費用,反應時間控制在5O min為宜；石灰乳的用量過多或過少均會影響CODcr的去除,調pH值

21、為9時較合適；微電解反應器選擇鐵屑與焦炭的質量比為1：1效果最佳。 鐵炭微電解法處理實際生產染料廢水,實驗結果表明,微電解法對染料廢水有明顯的去除效果,進水pH為l左右,接觸時間為0.5h時,COD的去除率在60左右,色度去除率大于94；微電解法主要通過氧化還原作用和鐵的絮凝作用去除COD和色度。 【微電解填料【用戶體驗】開始啦！提供免費的“微電解填料樣品”進行實驗；開通了“微電解填料咨詢熱線”；同時提供全面詳細的微電解填料資料等等?！?.2 含砷廢水的處理隨著冶金和化工等行業發展以及貧礦的開發,砷伴隨主要元素被開發出來,進入廢水中的砷數量相當大。據1995年中國環境狀況公報報道,95年砷排放

22、量達到1084噸,比94年增長4.4%,1996年中國環境狀況公報報道,96年砷排放量達到1132噸,比95年增長4.2%。含砷廢水有酸性和堿性,當中一般也含有其它重金屬離子。砷與鉛等共同作用會使廢水的毒性更大,國內外都曾發現廢水中砷的中毒事件。含砷廢水中砷的存在形態受pH的影響很大,在中性條件下,可溶砷的數量達到最大,隨著pH的升高或降低其溶解的數量都將降低。pH為5.0時,溶液中砷主要以無機砷的形態存在,當pH為6.5時,有機砷為其主要存在形態。但由于含砷廢水的來源并不單一,其成分也是復雜多變的。含砷廢水的處理在六十年代就已得到世人的關注。如能回收利用則不僅可解決了砷對環境的污染問題,而且

23、經濟效益顯著,節約資源。目前,比較系統的處理方法有化學沉淀法,物理法以及新興的,最具發展前途的新型鐵碳微電解技術。砷化物是一種高毒性物質,對環境污染嚴重。含砷廢水目前常采用離子交換法,沉淀法和浮選法治理。陸萸英等對含砷廢水處理進行了系統的概述。在上述方法中,沉淀法加入沉淀劑的量較難控制,過少除不盡砷,過多會造成二次污染。浮選法則因泥渣中含水量大,也易造成二次污染。Nazarora G N等報道了消耗Fe電極的電凝結方法處理含砷廢水,但此法耗電量很大。彭根槐等人對鐵屑微電池反應處理含砷廢水進行了研究,結果表明通過腐蝕電池電極反應產生的Fe2 ,在堿性條件下絮凝共沉淀去除砷,去除率可達93以上。3

24、.3 印刷電路板生產工業廢水的處理我國信息電子產業的快速發展為印刷電路板行業的快速發展提供了良好的市場環境。電子通訊設備,電子計算機,家用電器等電子產品產量的持續增長為印刷電路板行業的快速增長提供了強勁動力。2008年,中國印刷電路板總產值約為272.5億美元,是全球最大的印刷電路板生產地。而在印刷電路板生產過程中有多種含重金屬污染物的廢水和含高濃度的有機廢水排出,而如何處理這些廢水就引起了市場的關注。印刷電路板廢水主要含有銅離子,廢水基本呈酸性。采用新型鐵碳微電解工藝可以有效破除重金屬絡合物,有效降低COD。隨著電子工業的發展,印刷電路板的需求量增大,生產廠家及生產產量的增加,使廢水量也不斷

25、增加。這種廢水主要污染物為氨水,EDTA等多種絡合劑及Cu2,Ni2 等多種金屬離子。國內一般采用分質處理法處理,將廢水分為含絡合劑廢水和無絡合劑廢水,前者用加堿或硫酸調pH值再加沉淀劑,經沉淀過濾處理后排放后者可直接加堿或硫化物作沉淀劑,沉淀過濾,達到凈化的目的。在國外,最近有采用TMA(三硫三秦三鈉鹽作沉淀劑,可避免硫化物二次污染。美國一些公司采用離子交換與隔膜電解相結臺處理含絡合劑重金屬離子廢水,這些方法去除率不高,一般較難使排放水達標。穆傳奇研究報道了鐵屑法處理印刷電路板廢水,在酸性條件下,利用鐵屑和電極反應產生的Fe2還原重金屬離子,并通過Fe(OH3絮凝共沉的原理去除重金屬離子,使廢水達標排放,效果良好。處理后,出水中銅和鎳離子含量均小于O.2mg/L。這項技術已推廣應用。 結語微電解