电化法废水净化技术:内电解法与微电解法简介

文摘   2024-10-16 12:58   北京  

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内电解法是一种高级氧化技术,又称为铁还原、铁碳法、零价铁法等技术,早期用于电镀废水和高金属离子废水的处理,主要用于处理难降解的有机废水。该方法通过在废水中设置一个特殊的内电解反应器,利用电化学反应产生的强氧化剂来分解废水中的有机污染物。

工作原理

  • 装置构成:内电解池通常由铁屑(阳极)、颗粒活性炭(阴极)以及辅助填料(如石墨、沸石等)组成,并在两者之间施加直流电场。废水作为电解质溶液。

  • 阳极反应:铁屑在阳极失去电子发生氧化反应,生成亚铁离子(Fe²⁺)和氢气。亚铁离子随后可进一步氧化为高铁离子(Fe³⁺),具有较强的絮凝作用,有助于去除悬浮物和部分有机物。

  • 阴极反应:在颗粒活性炭表面,水电解产生氢气和OH⁻,OH⁻是一种强氧化剂,能直接氧化废水中的有机物。同时,活性炭的吸附性能也可去除部分有机污染物和重金属离子。

  • 电化学耦合反应:内电解池内还会发生一系列复杂的电化学耦合反应,包括电芬顿反应(Fe²⁺与H₂O₂反应生成·OH自由基)、光电效应等,这些自由基具有极高的氧化能力,能有效破坏有机分子结构,促进其矿化。

特点与优势

  • 无需添加化学药剂:内电解法主要依靠电化学反应,减少了化学试剂的使用,降低了处理成本和二次污染风险。

  • 广谱性:能处理多种类型的有机废水,尤其适用于含有难降解有机物的废水。

  • 设备简单:反应装置构造相对简单,维护方便。

  • 资源回收:铁屑消耗后形成的铁泥可通过适当处理回收再利用。

应用限制

  • 电耗较高:长时间运行可能导致较高的电费开支。

  • 适用范围有限:对于高浓度盐分或导电性差的废水处理效率可能受限。

  • 填料损耗:长期运行下,活性炭等填料需要定期更换。

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微电解法,又称为微电解水处理技术,是一种基于电化学原理的废水预处理技术,尤其适用于处理含有难降解有机物及某些重金属的工业废水。相比内电解法,微电解法采用更细小的电极材料,增加了比表面积,从而提高了反应效率。

工作原理

装置构成:微电解反应器内填充有微小颗粒的铁碳混合物作为填料,这些颗粒通常是经过特殊处理的铁粉和活性炭粉,尺寸较小,增大了电极表面积。废水在这些颗粒间流动,形成无数微观电池,在自然pH或轻微酸化的条件下发生电化学反应。

阳极反应:铁作为阳极,在有水的环境中逐步溶解产生亚铁离子(Fe²⁺),进而氧化为高铁离子(Fe³⁺),具有絮凝作用,能与废水中的污染物形成沉淀,有助于去除COD(化学需氧量)及部分悬浮物质。

阴极反应:活性炭在阴极附近接受电子,促使水分子裂解产生OH⁻和H₂。OH⁻是一种强氧化剂,能直接氧化废水中的有机污染物,提高其生物可降解性。

电化学耦合反应:在微电解系统中,还会发生电芬顿反应、光电效应等,生成的·OH自由基对有机物有极强的氧化能力,能有效降解难降解有机物。

特点与优势

  • 高效去除:对COD、色度、氨氮及部分重金属有良好的去除效果。•提高可生化性:通过氧化作用,使原本难降解的有机物转化为易生物降解物质。

  • 操作简便:不需要额外添加氧化剂或混凝剂,减少化学药品的使用。

  • 适应性强:对多种类型的工业废水均有较好的处理效果。

应用限制

  • 铁碳消耗:长时间运行会导致填料消耗,需要定期补充或更换。

  • 出水pH调节:反应后废水可能偏酸性,需要进行后续的pH调整。

  • 污泥产量:处理过程中会产生含铁污泥,需要妥善处理。


内电解法与微电解法的异同

内电解法与微电解法都是基于电化学原理的废水处理技术,它们在废水处理领域扮演着重要角色,尤其是针对难降解有机物的去除。

相同点

  1. 基础原理:二者均利用铁碳体系在废水中的电化学反应,通过形成微观电池,在无外加氧化剂的情况下实现有机物的降解和重金属的去除。

  2. 氧化还原反应:都涉及阳极铁的氧化产生亚铁/高铁离子以及阴极附近水的还原生成OH⁻,OH⁻作为强氧化剂参与有机物的氧化反应。

  3. 提高可生化性:均可通过氧化作用改变有机物结构,提高废水的生物可降解性,便于后续生物处理。

  4. 无需外加药剂:在反应过程中,基本不需要额外添加化学药剂,减少了处理成本和二次污染。

区别

  1. 填料粒径:最显著的区别在于填料的粒度。微电解法使用的铁碳填料粒径远小于内电解法,这导致微电解法的比表面积更大,反应速率更快,效率更高。

  2. 反应效率与成本:由于微电解法的高比表面积特性,其对有机物的去除效率通常优于内电解法,但同时微电解法的填料消耗可能更快,维护成本相对较高。

  3. 适用性:微电解法因其高效性,更适合处理高浓度、难降解的有机废水;而内电解法则可能在处理某些特定类型的废水时具有更好的经济性和实用性。

  4. 操作条件:微电解法对废水的pH值要求相对宽松,可在更广泛的pH范围内工作,而内电解法则可能需要特定的pH调节以保证最佳的反应效率。

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