鐵碳填料
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人氣：1478 發(fā)布時間：2012-07-03 09:23 產(chǎn)品型號：H-1型 應(yīng)用領(lǐng)域：水處理 產(chǎn)品價格： 想了解更多產(chǎn)品詳情，請 |
微電解法是利用金屬腐蝕原理，形成原電池對廢水進(jìn)行處理的良好工藝，又稱內(nèi)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(hù)方便等優(yōu)點，并且不需消耗電力資源，使得該工藝技術(shù)自誕生開始，即在美、蘇、日等國家引起廣泛重視。該工藝是在20世紀(jì)7O年代應(yīng)用到廢水治理中的，而我國從2O世紀(jì)8O年代始這一領(lǐng)域的研究，但是當(dāng)時存在填料板結(jié)的嚴(yán)重問題。因為板結(jié)問題該技術(shù)在當(dāng)時沒有得以大范圍應(yīng)用。近年來，濰坊華星環(huán)保材料有限公司通過高溫冶煉技術(shù)，將鐵碳融合為一體，形成一種新型的鐵碳填料。這種鐵碳一體填料克服了板結(jié)的外在條件，使得微電解技術(shù)在近期進(jìn)展較快，在印染廢水、電鍍廢水、線路板廢水、橡膠助劑廢水、有機(jī)硅廢水、雙氧水廢水、樹脂廢水、硝基苯廢水、苯胺廢水、制藥廢水、焦化廢水、造紙廢水、石油化工廢水及含砷含氰廢水的治理方面得到廣泛應(yīng)用。
新型鐵碳填料在克服板結(jié)方面的突破：
鐵碳微電解技術(shù)的發(fā)展可以分為三個階段：
第一階段：
本階段的鐵碳床是由小顆粒的鐵屑和小顆粒的碳粒構(gòu)成的。使用方法就是首先將鐵屑和碳；旌暇鶆蛉缓筇钛b在反應(yīng)罐體里面，然后讓水流通過，以達(dá)到凈水的目的。但是運行幾日內(nèi)鐵屑和碳粒就會結(jié)塊，反映效果急劇下降，并且造成罐體廢棄。
第二階段：
本階段針對板結(jié)問題在反應(yīng)設(shè)備中加入了攪拌設(shè)施。攪拌設(shè)施對于克服板結(jié)起到了一定作用，但是因為沒有從根源上面克服板結(jié)的條件，短期內(nèi)也會因為旋轉(zhuǎn)力矩越來愈大而導(dǎo)致電機(jī)功率不夠用，最終使得設(shè)備不能運轉(zhuǎn)。
第三階段：
通過濰坊華星環(huán)保材料有限公司的技術(shù)攻關(guān)，徹底改變了填料的存在狀態(tài)，本公司通過高溫冶煉技術(shù)將鐵和碳融合為一體。使得鐵碳填料由兩種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閱我晃镔|(zhì)，而這種物質(zhì)不具有相互粘結(jié)的化學(xué)性質(zhì)，因此徹底解決了板結(jié)問題并且省去了外力攪拌。
鐵碳微電解基本原理：
(1) 電極反應(yīng)
鐵炭微電解是基于電化學(xué)中的原電池反應(yīng)。當(dāng)鐵和炭浸入電解質(zhì)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(shù)的原電池系統(tǒng),在其作用空間構(gòu)成一個電場。
鐵炭原電池反應(yīng)：
陽極：Fe - 2e → Fe2+ E (Fe/Fe2+) = 0.44V
陰極：2H+ + 2e → H2 E (H+/H2) = 0.00V
當(dāng)有氧存在時,陰極反應(yīng)如下：
O2 + 4H+ + 4e → 2H2O E (O2) = 1.23V
O2 + 2H2O + 4e → 4OH- E (O2/OH-) = 0.41V
一般微電解反應(yīng)為：鐵原子與炭原子是緊挨著或分開而形成原電池反應(yīng)。這種鐵炭接觸不利于電子的轉(zhuǎn)移，電荷效率較低，因此廢水中有機(jī)物的去除效率一般也較低。同時當(dāng)鐵炭一旦分層將更不利于有機(jī)物的去除。
架構(gòu)而形成的原電池反應(yīng)：這種鐵炭接觸不存在鐵與炭的分層問題，因此更有利于電子的轉(zhuǎn)移，電荷效率較高，廢水中有機(jī)物的去除效率也較高。
(2) 氧化還原反應(yīng)
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(jī)物還原為還原態(tài)，例如：
（1）將汞離子還原為單質(zhì)汞：
（2）將六價鉻還原為三價鉻：
（3）將偶氮型染料的發(fā)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(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)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(zhì)，具有脫色作用，同時提高了廢水的可生化性。
氫的氧化還原作用
電極反應(yīng)中得到的新生態(tài)氫具有較大的活性。能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作用，破壞發(fā)色、助色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，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(dá)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。
電化學(xué)附集
當(dāng)鐵與碳化鐵或其他雜質(zhì)之間形成一個小的原電池，將在其周圍產(chǎn)生一個電場，許多廢水中存在著穩(wěn)定的膠體如印染廢水，當(dāng)這些膠體處于電場下時將產(chǎn)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(cm／s)
——電位(V)
D——分散介質(zhì)的介電常數(shù)
E——電場強(qiáng)度(V／cm)
——分散介質(zhì)的粘度(Pa•S)
K——系數(shù)
從理論上計算20s就可完成電泳沉積過程。
物理吸附
在弱酸性溶液中，填料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(jìn)金屬的去除。
鐵的混凝沉淀
在酸性條件下，會產(chǎn)生Fe2+ 和Fe3+ 。Fe2+ 和Fe3+ 是很好的絮凝劑，把溶液pH調(diào)至堿性且有O2存在時，會形成Fe(OH)2和Fe(OH)3很好的絮凝劑，發(fā)生絮凝沉淀。反應(yīng)式如下：
生成的Fe(OH)3 是膠體絮凝劑，它的吸附能力高于一般藥劑水解得到的Fe(OH)3吸附能力。這樣，廢水中原有的懸浮物，通過微電池反應(yīng)產(chǎn)生的不溶物和構(gòu)成色度的不溶性染料均可被其吸附凝聚。
鐵離子的沉淀作用
在電池反應(yīng)的產(chǎn)物中，F(xiàn)e2+ 和Fe3+ 也將和一些無機(jī)物發(fā)生反應(yīng)生成沉淀物而去除這些無機(jī)物，以減少其對后續(xù)生化工段的毒害性。如S2一、CN－等將生成FeS、Fe3[Fe(CN)6]2、Fe4[Fe(CN)6]3等沉淀而被去除。
鐵碳填料的物理性質(zhì)：
堆積密度：1.0噸/立方米
外觀形狀：扁球形（2cm-3cm）
強(qiáng)度：1000公斤/平方厘米
比表面積：1.5平方米/克
空隙率：70%
化學(xué)成分：鐵85%，碳10%，催化劑5%
工藝影響因素及設(shè)計參數(shù)：
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(fù)荷、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(yīng)的機(jī)理。
pH值
通常pH值是一個比較關(guān)鍵的因素，它直接影響了鐵碳填料對廢水的處理效果，而且在pH值范圍不同時，其反應(yīng)的機(jī)理及產(chǎn)物的形式都大不相同。一般低pH值時，因有大量的H＋，而會使反應(yīng)快速地進(jìn)行，但也不是pH值越低越好，因為pH值的降低會改變產(chǎn)物的存在形式，如破壞反應(yīng)后生成的絮體，而產(chǎn)生有色的Fe2＋使處理效果變差。因此，一般控制在pH值為偏酸性條件下，當(dāng)然這也因根據(jù)實際廢水性質(zhì)而改變。
停留時間
停留時間也是工藝設(shè)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。停留時間越長，氧化還原等作用也進(jìn)行得越徹底，但由于停留時間過長，會使鐵的消耗量增加，從而使溶出的Fe2＋ 大量增加，并氧化成為Fe3＋，造成色度的增加及后續(xù)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，因其成分不同，其停留時間也不一樣。停留時間還取決于進(jìn)水的初始pH值，進(jìn)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(jìn)水的初始pH值高時，停留時間也應(yīng)相對的長一點。
通氣量
對鐵屑進(jìn)行曝氣利于氧化某些物質(zhì)，如三價砷等，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(jìn)陽極反應(yīng)的進(jìn)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(yīng)的進(jìn)行，并且通過向體系加入催化劑改進(jìn)陰極的電極性能，提高其電化學(xué)活性來促進(jìn)電極反應(yīng)的進(jìn)行，已取得了顯著效果。
溫度
溫度的升高可使還原反應(yīng)加快，但是加快最大的是反應(yīng)初期，且由于維持一定的溫度需要保溫等措拖，一般的工業(yè)應(yīng)用不予以考慮，均在常溫下進(jìn)行反應(yīng)。
微電解技術(shù)的優(yōu)點：
微電解工藝從開始應(yīng)用到現(xiàn)今已表現(xiàn)出了許多的優(yōu)點，具體可概述如下：
(1)處理成本低，每噸廢水的處理費用一般為0.2元左右。
(2)可同時處理多種污染物質(zhì)，占地面積小，系統(tǒng)構(gòu)造簡單，整個裝置易于定型化及設(shè)備制造工業(yè)化。
(3)適用范圍廣，在多個行業(yè)的廢水治理中都有應(yīng)用，如印染廢水、電鍍廢水、石油化工廢水、焦化廢水、硝基苯廢水、苯胺廢水、線路板廢水、有機(jī)硅廢水、制藥廢水、畜牧廢水、橡膠助劑廢水、雙氧水化工廢水等，均取得了較好的效果。
(4)處理效果好，從各個廠的實際運行來看，該工藝對各種污染物質(zhì)的去除效果均較理想。
(5)使用壽命長，填料的使用壽命為6年。操作維護(hù)方便，微電解塔(床)只要定期地添加鐵碳填料損耗的部分便可，無需更換填料。
