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化学工程与装备 2023 年 第 2 期 268 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 2 月 微电解技术在化工污水处理中的应用 微电解技术在化工污水处理中的应用 李 萱（巴音郭楞职业技术学院，新疆 巴音郭楞 841000）摘 要：摘 要：化工污水直排对环境危害极大，因此应先处理后再排放。此次引进微电解技术，对化工污水进行处理。首先利用原电池反应降解有机物，加快有机物降解，提高污水处理效率，并通过置换反应降低废水色度，经过微电解后生成絮凝沉淀物，调节废水 pH 酸碱度，由此完成化学污水处理。经过实验分析，证明微电解技术为污水处理效果较好，存在一定优势。关键词：关键词：微电解技术；絮凝吸附；污水处理 引 言 引 言 随着社会的发展，生产力的不断提高，中国的社会经济发展得越来越快，但是却导致了环境污染物的产生。例如，中国的工业废水排放量逐年增加，对环境的破坏越来越严重。由于生产方法和生产工艺的不同，排放的工业废水的数量和质量也有很大的不同，其组成非常复杂1。由于工业废水中的污染物复杂多样，因此通常采用多种方法处理废水以达到所需的处理效果。传统方法难以操作，控制困难，处理需要花费高额资金，国内外进行大量的研究，希望通过研究来找到更有效和方便的污水处理方法。现有污水处理中存在的问题可以用微电解技术解决，主要因为微电解技术工艺简单，处理成本低且具有较好的处理效果，且不会带来二次污染，因此微电解技术得到了广泛的推广。微电解技术通常用于含盐量高、化学需氧量高的污水进行处理2。微电解技术及其联合工艺的使用可以显著提高污水处理的效果，提高污水的生物降解性，并简化后续处理工艺。微电解技术的应用范围非常广泛，在各种废水中都可以使用。在目前的污水处理中，绝大多数都可以使用微电解技术，这表明微电解技术在废水处理技术中的应用现状非常乐观。1 微电解技术的应用方法 1 微电解技术的应用方法 1.1 以电极反应降解有机物 铁屑是目前在微电解中最常见的原料，铸铁屑是一种铁碳合金，也称为多元素介质，由纯铁和其他杂质制成。碳化铁在铸铁屑中是非常小的颗粒，且较为分散，腐蚀性较低，因此，如果将铸铁屑浸入酸性废水溶液中，则纯铁用作阳极，其他杂质碳化物为阴极形成原反应池3。由于铸铁废料经过微型电池和大型原电池的双重电解，就会加速铸铁废料的腐蚀速度，加快电极反应，以此去除污染物，反应中的电极反应式为：22+2(/)0.442+2(/)0.00FeEFeFeVHeHEHHV+=阳极:Fe-2e阴极：酸性溶液时）在微电解反应期间，在阴极处的还原反应可以是无机的或有机的。在酸性电镀废水中通过电解反应产生的氢离子和铁离子通常具有很高的活性，聚合物有机物质转化为低分子量有机物质。在微电解过程中，现有的电场会破坏稳定的胶体体系，易形成沉淀物，这种处理方法极大地提升了污水处理效率。1.2 以置换反应降低废水色度 金属铁作为活性金属，电极电位低，在酸性条件下容易失去电子。在金属活性体中，可以通过用铁作为替代金属来去除沉积物，特别是铜离子。置换后金属沉积在铁的表面，提高了微电解的能力。以铜为例反应的方程式如下：22CuFeFeCu+=+这种反应可以通过将高价和高毒性离子或化合物降低为低价和低毒性物质，来达到降低废水（如某些高毒性金属）的毒性的目的，在酸性条件下，这些物质的毒性可能更强。在氧化作用下可以将还原为三价铁离子置换出来，降低毒性并易于去除4。反应中与有机物的氧化还原反应也是可能的，通过将硝基苯和氨氮等有机物还原为易于分解的有机物来提高废水的生物可降解性，新生铁和氢离子都会被强烈活化，降低废水的色度。1.3 调整废水 pH 酸碱度 在微电解过程中，常用的铁屑，具有很强的吸附能力5。在微电解过程中产生的铁离子具有良好的内聚作用，可以与废水中的化合物快速形成聚合物6。在下降过程中，聚合物捕获废水中存在的胶体，颗粒等，形成较大的絮凝沉淀物。废水中的铁离子还可以起到吸附和交联的作用，假如将废水DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.008 李 萱：微电解技术在化工污水处理中的应用 269 的 pH 值调整为碱性，铁离子就会形成氢氧化铁，并展现出一种强团聚的形式7。废水中的悬浮固体被电解，形成沉淀，在水中更容易去除。铁离子可与硫化物离子发生反应，由此降低废水毒性。由氧化形成的氢氧化铁团聚形成沉淀并被除去，这些无机物的氰化物离子反应形成硫化物，有助于污水进一步处理。当废水呈酸性时，阴极处会发生还原反应。由于废水中有许多微小的气泡，因此当气泡上升时，废水中的一些悬浮固体就会被去除。搅拌作用降低了浓差极化，这有助于电极反应的进行。微电解可以将多种功能整合为一个功能，降低后续污水处理的难度。去除悬浮固体并使生成的铁离子起反应，可以有效提高污水的生化性。微电解技术不仅可以转移电子，而且还可以转移微生物细胞的重要组成部分，这是微电解技术在生物层面的作用。2 实验分析 2 实验分析 2.1 实验准备 实验用到的试剂以及所用试剂参数和用途见表 1 表 1 试剂参数和用途 表 1 试剂参数和用途 名称 纯度 用途 氢氧化钠 分析纯 COD 浓硫酸 分析纯 COD 氯化钾 分析纯 PH 双氧水 优级纯 PH 硫酸亚铁 分析纯 COD 硫酸汞 分析纯 COD 硫酸银 优级纯 PH 聚合氯化铝 分析纯 COD 铜标准溶液 优级纯 COD 谷氨酸 分析纯 PH 实验检测应用的仪器为：光度仪（紫外线）、干燥箱（电热）；pH 计。实验水样：取自某化工厂，相关检测标准方法如下表 2 所示 表 2 废水仪器检测方法表 表 2 废水仪器检测方法表 项目 仪器 方法 ph S-25 酸度计 玻璃电极 COD 电炉与回流管 酸钾法 BOD 恒温箱和溶氧瓶 稀释法 OH 722 光度计 光度法 铜 752 紫外光度计 甲酸钠萃取法 镍 原子光度计 原子分光光度法 取 100mL 调节到特定 pH 的原水至装有适量铁炭填料的250mL 烧杯中，铁炭完全浸没于废水中，曝气反应特定时长后取样，过滤，测定 pH、加氢氧化钙沉淀铁离子后测量 COD。取一百毫升调节至特定 pH 的原水至 250mL 烧杯中，加入指定试剂并进行反应，控制双氧水的加入量，曝气反应特定时长后取样、过滤，测定 ph，加氢氧化钙沉淀铁离子后测量GOD。微电解反应后溶液经沉淀后调节至 Fenton 氧化反应最佳 pH、根据溶液中铁离子的量来确定双氧水的具体投加量，曝气反应特定时长后取样，过滤，测定 pH 加氢氧化钙沉淀铁离子后再进行测量。原水 pH 调至 3.5，进入铁碳微电解后出水经沉淀池沉淀后进行反应。其中，铁碳池和芬顿池的水流均采用上进下出，通过控制蠕动泵 1 和 2 的流速来设置两个反应池的停留时间。2.2 实验结果与讨论 如图 2 所示，原水调至不同 pH 值铁碳微电解反应 3h后，COD 的去除率呈现先增加后降低的趋势，pH 越低，去除效率越高。但是当 ph 小于 3.5 时，GOD 的去除率不断升高，主要原因是过低的 pH 值抑制二价铁离子和三价铁离子向铁盐絮凝体转化，随着 pH 的升高这种抑制作用逐渐减弱；pH=3.5 时，铁碳电解出的二价铁离子既可以维持较高的氧化还原电位差，加速电极反应，也能够促进三价铁离子向絮凝体转化，削弱抑制作用，达到最佳的去除效果；当 pH3.5时 COD 去除率较低。图 2 初始 ph 对 COD 去除影响 图 2 初始 ph 对 COD 去除影响 由图 3 可知，随时间的增长 COD 的去除率逐渐升高直至达到平衡，二价铁离子的溶出先增加而后逐渐减少，COD 去除率也迅速增加，在此阶段，微电解反应产生的新生态氢离子和铁离子的量增加，对氧化还原反应有很好的促进效果；半小时到三小时阶段，COD 逐渐增加，铁离子析出减少，原因是随着微电解反应的进行，铁离子的价态由二价转化成三价，pH 升高，使絮凝效果加强；反应三小时之后，废水中的有机污染物浓度减小，且填料中的铁离子经过长时间的反应之后产生钝化，综合影响下 COD 的去除率趋于稳定。270 李 萱：微电解技术在化工污水处理中的应用 图 3 过氧化氢对 COD 去除的影响 图 3 过氧化氢对 COD 去除的影响 图 4 初始 PH 对 COD 去除的影响 图 4 初始 PH 对 COD 去除的影响 如图 4 所示，随着芬顿投加量的增加，SOD 去除率逐渐增加最终趋于稳定。由芬顿反应机理可知，Fenton 氧化工艺降解有机废水取决于氢氧离子的有效产生、利用以及絮凝作用如图 5 所示，COD 的去除率先升高后降低，亚铁离子的溶出越来越少。图 5 反应时间对 COD 去除的影响 图 5 反应时间对 COD 去除的影响 反应的核心是，氢氧离子的生成速率及其有效反应速率，如图 5 所示，在反应前期，双氧水大量分解，体系中氢氧离子浓度很高，对有机物的去除速率很快，随着反应时间的推移，氢氧离子被大量消耗，能降解的大分子有机物被分解成小分子有机物的反应要强于双氧水与氢氧离子的反应，使双氧水停止分解，大量的 RH 也会阻碍铁离子与氢氧离子的反应，在 RH 的综合影响之下 COD 的降解趋于平衡。表 3 不同工艺对 COD 去除效果对比 表 3 不同工艺对 COD 去除效果对比 工艺 PH COD（mol/L）COD 去除率（）铁离子 原水 1.5 41001 无 无 微电解 5.5 20510 49.2 111.12 氧化 2.5 20581 49 215.99 微氧 联用 2.6 6665 83 54.44 由探究实验可知，微电解最佳反应条件为:初始 pH=3时，反应时间三个小时，氧化反应的最佳条件为双氧水与铁离子比值在 20:3，最佳投加量为 0.1mol/L。初始 pH=3.0，反应时间为 2 小时。结合这些最佳的反应条件设计铁碳微电解一氧化联合工艺，其中后续的氧化工艺的亚铁来源来自铁碳反应溶出的亚铁离子，根据铁离子的浓度决定双氧水的投加量。表 3 中列举了单独的铁碳微电解、氧化，以及联用工艺反应前后 COD，铁离子以及 PH 的变化。采用微电解处理工艺作为电镀废水的预处理工艺。通过试验分析得知，在一定条件下进行处理，能够使出水中 COD的浓度达到生化处理的要求。通过单因素试验可知，随着停留时间的延长，出水中残余 COD 浓度越低，但在超过半小时后处理效果逐渐减缓。4 结束语 4 结束语 综上所述，随着经济的发展，我国的工业化发展也不断地加快，由于工业发展造成了很严重的工业污染，这种污染绝对不能忽视。工业废水的排放是目前工业化进程中造成环境污染的主要原因，由于工业废水中的毒性和重金属很重，一旦造成污染将会带来很大的环境问题。因此本文对于工业废水的处理提出了新的解决措施，即基于微电解技术来进行污水处理，这种方法对多种工业废水均有效，例如化工或重金属废水等。但是在研究过程中也发现了一些弊端，还需要进一步研究优化。采用微电解技术处理好工业废水，就可以实现环境与经济可持续发展。参考文献 参考文献 1 廉宁霞.化工生产废水治理措施研究J.当代化工研究,2021(04):120-121.李 萱：微电解技术在化工污水处理中的应用 271 2 胡长江,王振宇,郭鹏飞,等.生化处理进水关键技术参数控制工艺J.安徽化工,2021,47(01):84-88.3 王维.微电解氧化还原破络技术在污水处理中的应用J.粘接,2021,45(01):39-42 4 杜歌力,贾锈玮,杨丽丽,等.Application of Iron-Carbon Micro-Electrolysis Technology in Water TreatmentJ.水污染及处理,2020,8(04).5 李子轩,王继全.铁碳微电解技术及其在处理工业废水中的研究进展J.建材世界,2020,41(04):100-102.6 叱干勇.微电解技术在工业废水处理中的应用进展J.化工设计通讯,2020,46(09):174-175.7 豆斌斌,徐爱斌.微电解技术在工业废水处理方面的应用分