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摘要：根据铁碳微电解池的原理，通过实验数据与工程实践经验分析铁碳微电解池的影响条件，总结出铁碳微电解池设计及运行的最佳条件，指导微电解原理更换好的在难降解废水处理中的应用。
关键词：铁碳微电解；芬顿反应；难降解；废水
Abstract: according to the iron carbon micro cell of principle, through the experimental data and the practical engineering experience analysis iron carbon micro cell influence conditions, sums up the iron carbon micro cell design and operation, the optimum condition of the guiding principle of micro change good in hard-degradation waste water in the processing of the application.
Keywords: iron carbon micro; The fenton reaction response; The difficult degradable; wastewater
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
在污废水处理中，难降解废水成为一个重要的难题，如制药废水、化工废水、印染废水等。由于难降解废水可生化性比较差（即B/C比），很难用常规的厌氧、好氧法降解，微电解技术成为难降解废水的一个有效的处理工艺。可以作为常规生化处理的预处理，提高废水的可生化性。当下正日益受到重视，并已应用在工程实践中。 但是在实践应用中，处理效果不是很好，影响微电解反应的条件控制不好，处理效果达不到预期设计[1]。本文重点分析铁碳微电解工艺的原理及设计条件。
1微电解反应原理
铁碳微电解法就是化学家Fenton首次发现的芬顿反应。其原理非常简单,就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阴极，电位高的碳做阳极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应。废水中的某些难降解有机物在电极表面溶液中直接或间接参与氧化还原反应，从而被降解或改变了污染物的性质。
电极反应方程式为
阳极反应：
Fe→Fe2++ 2e，E= -0.440 + 0.03log(aFe2+ )
E为电极电位； aFe2+为Fe 在水中的活度。
阴极反应：
2H + +2e →2[H] →H2，E=0.00 — 0.059 PH2 - 0.03logPO2 (酸性条件)
1／8O2 + H2O + 2e →2OH- ，E=1.23— 0.059 PH2 + 0.15logPO2(有氧条件)
PH2为H2在水中的分压；PO2, 为O2在水中的分压。
在酸性、有氧条件下，总的反应方程式为：
Fe+1／2 O2 + 2H + →Fe2+ + H2O
E(O2／H2O)=1.23V
其基本原理主要有4个方面：电场作用、氢的氧化还原作用、铁的还原作用、铁离子的混凝作用(碱性条件)。
电极反应生成的产物具有很高的氧化还原性。在偏酸性废水中，电极反应产生的新生态[H]和Fe2+能与有机物和无机物发生氧化还原反应，使大分子物质分解为小分子的中间体，某些难降解的有机物还原生成易降解的化合物，提高废水的可生化性[2]。
2 主要条件分析
2.1 pH值
从基本原理的反应式中可以看出，在中性或碱性条件下，电解生成Fe2+与OH- 形成具有混凝作用的氢氧化亚铁，它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸，形成絮凝物(也叫铁泥)而去除，易形成堵塞阻止反应的进行；在酸性条件下由于H +的存在，不会形成铁泥堵塞问题，但会加快铁屑的腐蝕，铁屑的损耗会增加，费用会有所提高。
从金属腐蚀学角度分析，铁在所有的pH值范围内，只要在适宜的情况下，都有腐蚀的可能性，但腐蚀速度的大小有所不同。铁在pH值为2～4时腐蚀速度最大，pH值为5～9时有一段比较稳定的腐蚀速度。在碱性较强时，随着pH值升高，腐蚀速度呈下降趋势，在碱性极强时，腐蚀速度又会上升[3] 。
从已有的工程和实验数据分析，pH值控制在5～ 6．5，其效果与经济性为最佳。在部分特难降解废水处理中，适宜降低pH值，会提高COD的去除率，pH值降低3以下时其铁屑和酸的消耗量较大，经济性差。
2.2 水力停留时间
水力停留时间是铁碳微电解工艺运行的关键参数，如何控制水力停留时间，对微电解池的容积、铁碳的耗损有直接关系。从实际工程和文献来看，最佳水力停留时间一般取30～120min，一般典型停留时间取值在45~60 min[4]。停留时间和难降解污染物的分子量及分子结构相关，分子量越大，分子结构苯环越多，需要的停留时间越长。具体项目要在设计前，做小试确定大致的停留时间。
2.3 铁碳比
当铁碳的总量一定时，随着铁碳比的增加，体系内微原电池数量增多，到达一定的数量后，铁碳比再增加，体系内微原电池数量又逐渐减少，对污染物的降解性会有所降低。从实验和工程实例知，铁碳微电解池的铁碳比(体积比)控制在1：1~2：1，其性能和经济性最好，随着铁碳的损耗宜适当补充其量[5]。
2.4 温度
在10℃的时候处理效果不好。温度提高, 电解速度加快，但只要达到常温就可以到达预期的处理效果。
2.5曝气强度
在铁碳微电解池的基础上进行改性，对其充氧形成曝气铁碳微电解池，是对铁碳微电解池的改进，一方面是由于充氧时电位差大，另一方面是由于曝气的搅动比水力搅拌更强烈，减少了结块的可能性，不易造成微电解池堵塞阻止反应的进行；气泡的摩擦作用有助于去除铁屑表面沉积的钝化膜，有利于铁碳微电解反应器持续稳定运行[6]。
3 结语
应用铁碳微电解池技术具有反应迅速且分解氧化彻底，可以处理不同类型废水，因此该技术越来越受到重视并不断完善和发展。B/C低的废水经过铁碳微电解池预处理后，其生化性一般会有较大提高。在参阅大量文献及原理分析，可以看出铁碳微电解池各参数取值变化较大，在进行铁碳微电解池设计时，应先了解废水具体成分，在小试中选择出最佳的运行条件[7]。
参考文献
[1]乔瑞平，孙承林，等．铁碳微电解法深度处理制浆造纸废水的研究[J】．安全与环境学报，2007，(70)：57—58．
[2] 张国卿,罗春田等.Fenton 试剂在处理难降解有机废水中的应用[J].工业安全与环保，2004，30（3）：17~20.
[3]孙华，洪英，等．内电解法处理染料生产废水试验研究[J】．用水与废水，2001，32(3)：22~24．
[4]胡敬，蔡铎昌，何代平．铁碳内电解法处理含酚废水[J]．西华师范大学学报(自然科学版)，2006，27(1)：106~108．
[5]王锋，用恭明．铁碳内电解法处理桃浦工业区混合污水的研究[J】．环境污染治理技术与设备，2004，5(10)：72~75．
[6]黄瑾，胡翔，等．铁碳微电解法处理高盐度有机废水[J]．化工环保，2007，27(3)：250~252．
[7]张亚静，应金英．铁碳内电解法处理印染废水[J]．环境污染与防治，2000。22(5)：33~36．
作者简介：
栗文平（1981—），男，工程师。2005年毕业于河北工程大学城市建设学院给水排水工程专业，主要从事高含盐量、难降解工业废水，医药化工特种分离，膜法水处理等研究与工程项目的实践工作。现任杭州路帆机电工程有限公司总工程师兼水处理事业部经理。
关键词：铁碳微电解；芬顿反应；难降解；废水
Abstract: according to the iron carbon micro cell of principle, through the experimental data and the practical engineering experience analysis iron carbon micro cell influence conditions, sums up the iron carbon micro cell design and operation, the optimum condition of the guiding principle of micro change good in hard-degradation waste water in the processing of the application.
Keywords: iron carbon micro; The fenton reaction response; The difficult degradable; wastewater
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
在污废水处理中，难降解废水成为一个重要的难题，如制药废水、化工废水、印染废水等。由于难降解废水可生化性比较差（即B/C比），很难用常规的厌氧、好氧法降解，微电解技术成为难降解废水的一个有效的处理工艺。可以作为常规生化处理的预处理，提高废水的可生化性。当下正日益受到重视，并已应用在工程实践中。 但是在实践应用中，处理效果不是很好，影响微电解反应的条件控制不好，处理效果达不到预期设计[1]。本文重点分析铁碳微电解工艺的原理及设计条件。
1微电解反应原理
铁碳微电解法就是化学家Fenton首次发现的芬顿反应。其原理非常简单,就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阴极，电位高的碳做阳极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应。废水中的某些难降解有机物在电极表面溶液中直接或间接参与氧化还原反应，从而被降解或改变了污染物的性质。
电极反应方程式为
阳极反应：
Fe→Fe2++ 2e，E= -0.440 + 0.03log(aFe2+ )
E为电极电位； aFe2+为Fe 在水中的活度。
阴极反应：
2H + +2e →2[H] →H2，E=0.00 — 0.059 PH2 - 0.03logPO2 (酸性条件)
1／8O2 + H2O + 2e →2OH- ，E=1.23— 0.059 PH2 + 0.15logPO2(有氧条件)
PH2为H2在水中的分压；PO2, 为O2在水中的分压。
在酸性、有氧条件下，总的反应方程式为：
Fe+1／2 O2 + 2H + →Fe2+ + H2O
E(O2／H2O)=1.23V
其基本原理主要有4个方面：电场作用、氢的氧化还原作用、铁的还原作用、铁离子的混凝作用(碱性条件)。
电极反应生成的产物具有很高的氧化还原性。在偏酸性废水中，电极反应产生的新生态[H]和Fe2+能与有机物和无机物发生氧化还原反应，使大分子物质分解为小分子的中间体，某些难降解的有机物还原生成易降解的化合物，提高废水的可生化性[2]。
2 主要条件分析
2.1 pH值
从基本原理的反应式中可以看出，在中性或碱性条件下，电解生成Fe2+与OH- 形成具有混凝作用的氢氧化亚铁，它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸，形成絮凝物(也叫铁泥)而去除，易形成堵塞阻止反应的进行；在酸性条件下由于H +的存在，不会形成铁泥堵塞问题，但会加快铁屑的腐蝕，铁屑的损耗会增加，费用会有所提高。
从金属腐蚀学角度分析，铁在所有的pH值范围内，只要在适宜的情况下，都有腐蚀的可能性，但腐蚀速度的大小有所不同。铁在pH值为2～4时腐蚀速度最大，pH值为5～9时有一段比较稳定的腐蚀速度。在碱性较强时，随着pH值升高，腐蚀速度呈下降趋势，在碱性极强时，腐蚀速度又会上升[3] 。
从已有的工程和实验数据分析，pH值控制在5～ 6．5，其效果与经济性为最佳。在部分特难降解废水处理中，适宜降低pH值，会提高COD的去除率，pH值降低3以下时其铁屑和酸的消耗量较大，经济性差。
2.2 水力停留时间
水力停留时间是铁碳微电解工艺运行的关键参数，如何控制水力停留时间，对微电解池的容积、铁碳的耗损有直接关系。从实际工程和文献来看，最佳水力停留时间一般取30～120min，一般典型停留时间取值在45~60 min[4]。停留时间和难降解污染物的分子量及分子结构相关，分子量越大，分子结构苯环越多，需要的停留时间越长。具体项目要在设计前，做小试确定大致的停留时间。
2.3 铁碳比
当铁碳的总量一定时，随着铁碳比的增加，体系内微原电池数量增多，到达一定的数量后，铁碳比再增加，体系内微原电池数量又逐渐减少，对污染物的降解性会有所降低。从实验和工程实例知，铁碳微电解池的铁碳比(体积比)控制在1：1~2：1，其性能和经济性最好，随着铁碳的损耗宜适当补充其量[5]。
2.4 温度
在10℃的时候处理效果不好。温度提高, 电解速度加快，但只要达到常温就可以到达预期的处理效果。
2.5曝气强度
在铁碳微电解池的基础上进行改性，对其充氧形成曝气铁碳微电解池，是对铁碳微电解池的改进，一方面是由于充氧时电位差大，另一方面是由于曝气的搅动比水力搅拌更强烈，减少了结块的可能性，不易造成微电解池堵塞阻止反应的进行；气泡的摩擦作用有助于去除铁屑表面沉积的钝化膜，有利于铁碳微电解反应器持续稳定运行[6]。
3 结语
应用铁碳微电解池技术具有反应迅速且分解氧化彻底，可以处理不同类型废水，因此该技术越来越受到重视并不断完善和发展。B/C低的废水经过铁碳微电解池预处理后，其生化性一般会有较大提高。在参阅大量文献及原理分析，可以看出铁碳微电解池各参数取值变化较大，在进行铁碳微电解池设计时，应先了解废水具体成分，在小试中选择出最佳的运行条件[7]。
参考文献
[1]乔瑞平，孙承林，等．铁碳微电解法深度处理制浆造纸废水的研究[J】．安全与环境学报，2007，(70)：57—58．
[2] 张国卿,罗春田等.Fenton 试剂在处理难降解有机废水中的应用[J].工业安全与环保，2004，30（3）：17~20.
[3]孙华，洪英，等．内电解法处理染料生产废水试验研究[J】．用水与废水，2001，32(3)：22~24．
[4]胡敬，蔡铎昌，何代平．铁碳内电解法处理含酚废水[J]．西华师范大学学报(自然科学版)，2006，27(1)：106~108．
[5]王锋，用恭明．铁碳内电解法处理桃浦工业区混合污水的研究[J】．环境污染治理技术与设备，2004，5(10)：72~75．
[6]黄瑾，胡翔，等．铁碳微电解法处理高盐度有机废水[J]．化工环保，2007，27(3)：250~252．
[7]张亚静，应金英．铁碳内电解法处理印染废水[J]．环境污染与防治，2000。22(5)：33~36．
作者简介：
栗文平（1981—），男，工程师。2005年毕业于河北工程大学城市建设学院给水排水工程专业，主要从事高含盐量、难降解工业废水，医药化工特种分离，膜法水处理等研究与工程项目的实践工作。现任杭州路帆机电工程有限公司总工程师兼水处理事业部经理。