“微電解”工藝在小型污水處理站應用的可行性分析

DYG081電解實驗裝置
DYG083隔膜電解實驗裝置
DYG086電解-電滲析實驗裝置
DYG091電滲析實驗裝置

摘要：在實際生產過程中，部分企業產生廢水量不大，但具有高色度、高COD的特點，本文就結合某小型企業實際生產狀況，對“微電解”工藝在小型污水處理站應用的可行性進行分析。

關鍵詞：微電解，高色度，預處理

某企業在生產工藝程中，需使用去離子水925.93噸，由項目自備去離子水生產設備直接生產。去離子水生產設備在生產過程中需進行定期沖洗，沖洗水量約占總產生水量的10%，產生廢水量約為122.59噸，本部分廢水進入公司污水處理站進行處理。車間排水及地面沖洗水具有高COD、色度大等特點，預處理擬采用“微電解”的工工藝進行預處理后與生活污水一起合并進行處理。

一、微電解技術介紹

由于鐵離子有混凝作用,它與污染物中帶微弱負電荷的微粒異性相吸,形成比較穩定的絮凝物(也叫鐵泥)而去除，為了增加電位差，促進鐵離子的釋放,在鐵-碳床中加入一定比例銅粉或鉛粉。其中電位低的鐵成為陽極，電位高的碳成為陰極，在酸性充氧條件下發生電化學反應，其反應過程如下：

陽極(Fe): Fe- 2e→ Fe2+,

陰極(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2,

反應中，產生的了初生態的Fe2+和原子H，它們具有高化學活性,能改變廢水中許多有機物的結構和特性,使有機物發生斷鏈、開環等作用。

若有曝氣，即充氧和防止鐵屑板結。還會發生下面的反應：

O2+ 4H+ +4e→2H2O；

O2+ 2H2O+ 4e→4OH－；

4Fe2+ +O2+4H+→2H2O+ 4Fe3+。

反應中生成的OH－是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐漸水解生成聚合度大的Fe(OH)3膠體絮凝劑,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,從而增強對廢水的凈化效果。

二、反應原理

電化學反應的氧化還原。鐵屑對絮體的電附集和對反應的催化作用。電池反應產物的混凝，新生絮體的吸附和床層的過濾等作用的綜合效應的結果。其中主要作用是氧化還原和電附集，廢鐵屑的主要成分是鐵和碳，當將其浸入電解質溶液中時,由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差,因而會形成無數的微電池系統,在其作用空間構成一個電場，陽極反應生成大量的Fe2+進入廢水,進而氧化成Fe3+,形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑。陰極反應產生大量新生態的[H]和[O],在偏酸性的條件下,這些活性成分均能與廢水中的許多組分發生氧化還原反應,使有機大分子發生斷鏈降解,從而消除了有機物尤其是印染廢水的色度,提高了廢水的可生化度,且陰極反應消耗了大量的H+生成了大量的OH-,這使得廢水的pH值也有所提高。

當廢水與鐵碳接觸后發生如下電化學反應:

陽極:Fe-2e—→Fe Eo(Fe/Fe)=0.4

陰極:2H++2e—→H2 Eo(H+/H2)=0V

當有氧存在時,陰極反應如下:

O2+4H++4e—→2H2O Eo(O2)=1.23V

O2+2H2O+4e—→4OH- Eo(O2/OH-)=0.41V

有試驗在鐵碳反應后加H2O2，陽極反應生成的Fe2+可作為后續催化氧化處理的催化劑,即Fe2+與H2O2構成Fenton試劑氧化體系。陰極反應生成的新生態[H]能與廢水中許多組分發生氧化還原反應,破壞染料中間體分子中的發色基團(如偶氮基團),使其脫色。通過鐵碳曝氣反應,消耗了大量的氫離子,使廢水的pH值升高,為后續催化氧化處理創造了條件。

三、催化氧化原理

向廢水中投加適量的H2O2溶液與廢水中的Fe2+組成試劑,它具有*的氧化能力,特別適用于難降解有機廢水的治理。Fenton試劑之所以具有*的氧化能力,是由于HO被Fe催化分解產生•OH(羥基自由基)。

四、生化性能改善和色度去除的機理

微電解對色度去除有明顯的效果。這是由于電極反應產生的新生態二價鐵離子具有較強的還原能力,可使某些有機物的發色基團硝基—NO2 、亞硝基—NO 還原成胺基—NH2 ,另胺基類有機物的可生化性也明顯高于硝基類有機物;新生態的二價鐵離子也可使某些不飽和發色基團(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的雙鍵打開,使發色基團破壞而除去色度,使部分難降解環狀和長鏈有機物分解成易生物降解的小分子有機物而提高可生化性。此外,二價和三價鐵離子是良好的絮凝劑,特別是新生的二價鐵離子具有更高的吸附-絮凝活性,調節廢水的pH 可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀,吸附污水中的懸浮或膠體態的微小顆粒及有機高分子,可進一步降低廢水的色度,同時去除部分有機污染物質使廢水得到凈化。

五、廢水處理情況

本項目需預處理的水量不大，全年地面沖洗水、鍋爐排水、純水制備廢水合計總用量為322.2噸，日需處理水量為1.1噸，按大量2.0噸/天進行預處理，需配套建設2.0噸/天的微電解處理設備。投資約50萬元，年運行費用約1萬元。

六、處理工藝的技術及經濟可行性

經預處理后的廢水與生活污水合并，進入“化糞池＋微動力污水生化處理”為工藝的生活污水處理站進行處理，達到葛店經濟開發區污水處理廠接納水質標準后進入葛店經濟開發區污水處理廠。采用“化糞池＋微動力污水生化處理”為工藝的生活污水處理站工藝成熟，運行穩定，經過處理的廢水能夠達到一般城鎮污水處理廠的進水水質標準?？偼顿Y約10萬元，年運行費用0.2萬元。

結束語：“微電解”工藝在小型污水處理站應用是可行的。但在實際應用過程中，應注意保持鐵屑的活性，及時更換鐵屑，以保持其氧化還原能力。