鐵碳微電解技術(shù)是利用金屬的電化學(xué)腐蝕原理，分解廢水中污染物的一種污水處理工藝。當(dāng)緊密接觸的鐵和碳浸泡在廢水溶液中時(shí)，會(huì)自動(dòng)在鐵原子和碳原子之間產(chǎn)生一種微弱的分子內(nèi)部電流，從而實(shí)現(xiàn)大分子有機(jī)污染物的開環(huán)、斷鏈，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)生化反應(yīng)的進(jìn)行。目前，有研究表明，微電解技術(shù)可用于印染廢水、化工廢水、電鍍廢水等各種高濃度、難降解工業(yè)廢水的預(yù)處理或后處理，并能顯著提高廢水可生化性。
傳統(tǒng)的微電解填料是將碎鐵屑和活性炭（石墨顆粒等含碳類物質(zhì)）按一定比例物理混合于箱體內(nèi)，這種工藝下的鐵顆粒經(jīng)常由于沒(méi)有被分散均勻而生銹板結(jié)。而新型鐵碳活性焦則經(jīng)過(guò)了特殊的高溫?zé)Y(jié)活化工藝，填料中的鐵和碳以鐵碳包容構(gòu)架的形式存在，鐵骨架與碳鏈相互交叉，使得鐵顆粒均勻地分散在碳顆粒周圍，很好地解決了傳統(tǒng)微電解填料的板結(jié)問(wèn)題。
新型鐵碳活性焦微電解技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理分析
新型鐵碳活性焦是以褐煤為主要原料，經(jīng)粉碎、過(guò)篩后，用硫酸溶液浸泡、烘干、碳化，以煤焦油為黏結(jié)劑，加入一定量的還原鐵粉和焦煤混合后經(jīng)高溫焙燒及微孔活化制得的。
新型鐵碳活性焦為鐵碳一體化的微孔構(gòu)架式結(jié)構(gòu)，不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)微電解填料鐵碳分離，從而影響原電池反應(yīng)的問(wèn)題。同時(shí)，鐵碳一體化還可降低原電池反應(yīng)的電阻，提高電子的傳遞速率。此外，經(jīng)高溫活化后的活性焦具有很大的比表面積，從而具備機(jī)械強(qiáng)度高（可承受較大的水壓力）、活性強(qiáng)、產(chǎn)生電流密度大、作用效率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
新型鐵碳活性焦浸入電解質(zhì)溶液（廢水）時(shí)，由于鐵和碳之間存在1.2V的電極電位差，會(huì)形成無(wú)數(shù)的微電池系統(tǒng)，在其作用空間構(gòu)成一個(gè)電場(chǎng)，陽(yáng)極反應(yīng)生成大量的Fe2+浸入廢水，進(jìn)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(yīng)產(chǎn)生大量新生態(tài)的[H]和[O]，在偏酸性的條件下，[H]和[O]均能與廢水中的許多成分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有機(jī)大分子發(fā)生斷鏈降解，消除色度，提高廢水的可生化性。
由于在陽(yáng)極生成的Fe2+對(duì)某些有機(jī)物具有降解作用，所以，在實(shí)際水處理中要求Fe腐蝕要持續(xù)進(jìn)行。
由Fe-C組成的許多微小原電池會(huì)產(chǎn)生許多小的電場(chǎng)。在該電場(chǎng)力的作用下，廢水中的重金屬離子、苯酚、苯胺等物質(zhì)可以產(chǎn)生電泳現(xiàn)象。同時(shí)，可利用機(jī)械增氧曝氣方式使Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體，該正電膠體的混凝吸附可去除廢水中的負(fù)電荷基團(tuán)，且對(duì)去除COD（化學(xué)需氧量）亦有較好的效果。經(jīng)活化后的鐵碳活性焦比表面積大，具有很強(qiáng)的吸附能力，尤其是廢水中的固體顆粒，很容易被其吸附去除。
新型鐵碳活性焦在廢水處理中的影響因素
新型鐵碳活性焦在廢水處理中的影響因素主要有以下3點(diǎn)：
一是廢水pH值的影響。
廢水pH值（氫離子濃度指數(shù)）直接影響鐵碳活性焦中鐵的腐蝕速度和生成具有絮凝作用的Fe(OH)2的量。pH值不同，鐵的腐蝕速度有所不同。鐵在pH值為2~4時(shí)腐蝕速度最快，pH值為5~9時(shí)腐蝕速度比較穩(wěn)定。當(dāng)堿性較強(qiáng)時(shí)，隨著pH值的升高腐蝕速度呈減慢趨勢(shì)；在堿性極強(qiáng)時(shí)，腐蝕速度又會(huì)加快。
由鐵碳微電解基本原理可知，參加原電池反應(yīng)的離子數(shù)目和產(chǎn)物因pH值變化而變化：pH值較高時(shí)，參加反應(yīng)的H+數(shù)目不足，F(xiàn)e被氧化成Fe2+的反應(yīng)受到抑制；pH值較低時(shí)，雖可加快Fe/C微電解反應(yīng)，但破壞了Fe2+為膠凝中心的絮凝體的形成。
從已有的工程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，pH值控制在5~6.5，其效果和經(jīng)濟(jì)性最佳。在部分特難降解廢水處理中，適當(dāng)降低pH值，會(huì)提高COD的去除率，pH值降低到3以下時(shí)，活性焦中鐵損失較快，影響處理效果。
二是鐵碳質(zhì)量比的影響。
新型鐵碳活性焦中鐵和碳組成微電解電池，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鐵在活性焦中逐漸被腐蝕，含量會(huì)降低。當(dāng)活性焦中鐵含量低時(shí)，微電解作用減弱，更多表現(xiàn)為活性焦的吸附作用，提高含鐵量會(huì)使體系中的原電池?cái)?shù)量增多，提高有機(jī)物的去除效果。但當(dāng)鐵顆粒過(guò)量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致活性焦的機(jī)械強(qiáng)度下降，且會(huì)抑制原電池的電極反應(yīng)，同時(shí)，還增加了處理的成本。所以，在鐵碳活性焦的制備中要綜合考慮微電解反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間、微電解作用強(qiáng)弱、活性焦機(jī)械強(qiáng)度等因素，選擇合適的鐵碳比。
三是反應(yīng)時(shí)間的影響。
在實(shí)際處理過(guò)程中，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)越好，但是反應(yīng)時(shí)間除與活性焦中鐵的含量有關(guān)外，與處理過(guò)程中pH值的變化也有很大關(guān)系。隨著反應(yīng)進(jìn)行，整個(gè)活性焦填充柱的酸性會(huì)下降，間接影響后續(xù)絮凝沉淀過(guò)程。伴隨著微電解作用減弱，活性焦的吸附作用更加突出，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采用動(dòng)態(tài)填充柱。
廢水處理效率除跟以上因素有關(guān)外，還受曝氣量、H2O2氧化劑等因素影響，為提高處理效率，應(yīng)綜合考慮各影響因素。
鐵碳活性焦在污水處理中的應(yīng)用探討
鐵碳微電解工藝作為一種氧化還原工藝并不能大幅度去除COD，但可破壞高濃度廢水中的大分子有機(jī)污染物集團(tuán)，提高廢水的可生化性。在實(shí)際應(yīng)用中，一般將其作為廢水預(yù)處理或二沉池出水后處理，聯(lián)合原工藝使用。
在微電解過(guò)程中添加H2O2可以增強(qiáng)氧化作用。電化學(xué)腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生大量的Fe2+和H2O2組成Fenton試劑，反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基進(jìn)攻有機(jī)分子，并使其礦化分解，有利于凝聚和吸附過(guò)程的進(jìn)行，從而去除有機(jī)物。研究表明，pH值是其主要影響因素，較低的pH值（2左右）有利于羥基自由基的生成，提高處理效率。
一般情況下，高濃度、高毒性工業(yè)廢水的可生化性差，無(wú)法進(jìn)行生物接觸氧化作用。有研究表明，將高濃度、高活性的工業(yè)廢水首先進(jìn)行微電解，混凝出水后可大大提高廢水可生化性，然后經(jīng)水解酸化后可生化性進(jìn)一步提高，最后進(jìn)行兩級(jí)生物氧化處理，出水可達(dá)到工業(yè)廢水一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。以處理有機(jī)硅廢水為例，進(jìn)水COD為750mg/L，BOD5（微生物代謝作用所消耗的溶解氧量）為100mg/L時(shí)，經(jīng)過(guò)微電解、水解酸化和兩級(jí)接觸氧化處理后，COD和BOD5總?cè)コ史謩e為88%和80%，出水COD<100mg/L，BOD5<30mg/L，達(dá)到工業(yè)廢水一級(jí)排放要求。
鹽類物質(zhì)（NaCl）作為電解質(zhì)可增加微電解的反應(yīng)效率。NaCl對(duì)微電解反應(yīng)起到了強(qiáng)化作用，但NaCl投加量過(guò)大，反應(yīng)體系中的微觀電極和宏觀電極可能受到破壞，造成氧化還原作用效率低下，COD去除率反而下降。因此，對(duì)含鹽量特別高的廢水應(yīng)采取預(yù)處理方式將含鹽量降低至合適范圍。
傳統(tǒng)的微電解填料是將碎鐵屑和活性炭（石墨顆粒等含碳類物質(zhì)）按一定比例物理混合于箱體內(nèi)，這種工藝下的鐵顆粒經(jīng)常由于沒(méi)有被分散均勻而生銹板結(jié)。而新型鐵碳活性焦則經(jīng)過(guò)了特殊的高溫?zé)Y(jié)活化工藝，填料中的鐵和碳以鐵碳包容構(gòu)架的形式存在，鐵骨架與碳鏈相互交叉，使得鐵顆粒均勻地分散在碳顆粒周圍，很好地解決了傳統(tǒng)微電解填料的板結(jié)問(wèn)題。
新型鐵碳活性焦微電解技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理分析
新型鐵碳活性焦是以褐煤為主要原料，經(jīng)粉碎、過(guò)篩后，用硫酸溶液浸泡、烘干、碳化，以煤焦油為黏結(jié)劑，加入一定量的還原鐵粉和焦煤混合后經(jīng)高溫焙燒及微孔活化制得的。
新型鐵碳活性焦為鐵碳一體化的微孔構(gòu)架式結(jié)構(gòu)，不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)微電解填料鐵碳分離，從而影響原電池反應(yīng)的問(wèn)題。同時(shí)，鐵碳一體化還可降低原電池反應(yīng)的電阻，提高電子的傳遞速率。此外，經(jīng)高溫活化后的活性焦具有很大的比表面積，從而具備機(jī)械強(qiáng)度高（可承受較大的水壓力）、活性強(qiáng)、產(chǎn)生電流密度大、作用效率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
新型鐵碳活性焦浸入電解質(zhì)溶液（廢水）時(shí)，由于鐵和碳之間存在1.2V的電極電位差，會(huì)形成無(wú)數(shù)的微電池系統(tǒng)，在其作用空間構(gòu)成一個(gè)電場(chǎng)，陽(yáng)極反應(yīng)生成大量的Fe2+浸入廢水，進(jìn)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(yīng)產(chǎn)生大量新生態(tài)的[H]和[O]，在偏酸性的條件下，[H]和[O]均能與廢水中的許多成分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有機(jī)大分子發(fā)生斷鏈降解，消除色度，提高廢水的可生化性。
由于在陽(yáng)極生成的Fe2+對(duì)某些有機(jī)物具有降解作用，所以，在實(shí)際水處理中要求Fe腐蝕要持續(xù)進(jìn)行。
由Fe-C組成的許多微小原電池會(huì)產(chǎn)生許多小的電場(chǎng)。在該電場(chǎng)力的作用下，廢水中的重金屬離子、苯酚、苯胺等物質(zhì)可以產(chǎn)生電泳現(xiàn)象。同時(shí)，可利用機(jī)械增氧曝氣方式使Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體，該正電膠體的混凝吸附可去除廢水中的負(fù)電荷基團(tuán)，且對(duì)去除COD（化學(xué)需氧量）亦有較好的效果。經(jīng)活化后的鐵碳活性焦比表面積大，具有很強(qiáng)的吸附能力，尤其是廢水中的固體顆粒，很容易被其吸附去除。
新型鐵碳活性焦在廢水處理中的影響因素
新型鐵碳活性焦在廢水處理中的影響因素主要有以下3點(diǎn)：
一是廢水pH值的影響。
廢水pH值（氫離子濃度指數(shù)）直接影響鐵碳活性焦中鐵的腐蝕速度和生成具有絮凝作用的Fe(OH)2的量。pH值不同，鐵的腐蝕速度有所不同。鐵在pH值為2~4時(shí)腐蝕速度最快，pH值為5~9時(shí)腐蝕速度比較穩(wěn)定。當(dāng)堿性較強(qiáng)時(shí)，隨著pH值的升高腐蝕速度呈減慢趨勢(shì)；在堿性極強(qiáng)時(shí)，腐蝕速度又會(huì)加快。
由鐵碳微電解基本原理可知，參加原電池反應(yīng)的離子數(shù)目和產(chǎn)物因pH值變化而變化：pH值較高時(shí)，參加反應(yīng)的H+數(shù)目不足，F(xiàn)e被氧化成Fe2+的反應(yīng)受到抑制；pH值較低時(shí)，雖可加快Fe/C微電解反應(yīng)，但破壞了Fe2+為膠凝中心的絮凝體的形成。
從已有的工程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，pH值控制在5~6.5，其效果和經(jīng)濟(jì)性最佳。在部分特難降解廢水處理中，適當(dāng)降低pH值，會(huì)提高COD的去除率，pH值降低到3以下時(shí)，活性焦中鐵損失較快，影響處理效果。
二是鐵碳質(zhì)量比的影響。
新型鐵碳活性焦中鐵和碳組成微電解電池，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鐵在活性焦中逐漸被腐蝕，含量會(huì)降低。當(dāng)活性焦中鐵含量低時(shí)，微電解作用減弱，更多表現(xiàn)為活性焦的吸附作用，提高含鐵量會(huì)使體系中的原電池?cái)?shù)量增多，提高有機(jī)物的去除效果。但當(dāng)鐵顆粒過(guò)量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致活性焦的機(jī)械強(qiáng)度下降，且會(huì)抑制原電池的電極反應(yīng)，同時(shí)，還增加了處理的成本。所以，在鐵碳活性焦的制備中要綜合考慮微電解反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間、微電解作用強(qiáng)弱、活性焦機(jī)械強(qiáng)度等因素，選擇合適的鐵碳比。
三是反應(yīng)時(shí)間的影響。
在實(shí)際處理過(guò)程中，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)越好，但是反應(yīng)時(shí)間除與活性焦中鐵的含量有關(guān)外，與處理過(guò)程中pH值的變化也有很大關(guān)系。隨著反應(yīng)進(jìn)行，整個(gè)活性焦填充柱的酸性會(huì)下降，間接影響后續(xù)絮凝沉淀過(guò)程。伴隨著微電解作用減弱，活性焦的吸附作用更加突出，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采用動(dòng)態(tài)填充柱。
廢水處理效率除跟以上因素有關(guān)外，還受曝氣量、H2O2氧化劑等因素影響，為提高處理效率，應(yīng)綜合考慮各影響因素。
鐵碳活性焦在污水處理中的應(yīng)用探討
鐵碳微電解工藝作為一種氧化還原工藝并不能大幅度去除COD，但可破壞高濃度廢水中的大分子有機(jī)污染物集團(tuán)，提高廢水的可生化性。在實(shí)際應(yīng)用中，一般將其作為廢水預(yù)處理或二沉池出水后處理，聯(lián)合原工藝使用。
在微電解過(guò)程中添加H2O2可以增強(qiáng)氧化作用。電化學(xué)腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生大量的Fe2+和H2O2組成Fenton試劑，反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基進(jìn)攻有機(jī)分子，并使其礦化分解，有利于凝聚和吸附過(guò)程的進(jìn)行，從而去除有機(jī)物。研究表明，pH值是其主要影響因素，較低的pH值（2左右）有利于羥基自由基的生成，提高處理效率。
一般情況下，高濃度、高毒性工業(yè)廢水的可生化性差，無(wú)法進(jìn)行生物接觸氧化作用。有研究表明，將高濃度、高活性的工業(yè)廢水首先進(jìn)行微電解，混凝出水后可大大提高廢水可生化性，然后經(jīng)水解酸化后可生化性進(jìn)一步提高，最后進(jìn)行兩級(jí)生物氧化處理，出水可達(dá)到工業(yè)廢水一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。以處理有機(jī)硅廢水為例，進(jìn)水COD為750mg/L，BOD5（微生物代謝作用所消耗的溶解氧量）為100mg/L時(shí)，經(jīng)過(guò)微電解、水解酸化和兩級(jí)接觸氧化處理后，COD和BOD5總?cè)コ史謩e為88%和80%，出水COD<100mg/L，BOD5<30mg/L，達(dá)到工業(yè)廢水一級(jí)排放要求。
鹽類物質(zhì)（NaCl）作為電解質(zhì)可增加微電解的反應(yīng)效率。NaCl對(duì)微電解反應(yīng)起到了強(qiáng)化作用，但NaCl投加量過(guò)大，反應(yīng)體系中的微觀電極和宏觀電極可能受到破壞，造成氧化還原作用效率低下，COD去除率反而下降。因此，對(duì)含鹽量特別高的廢水應(yīng)采取預(yù)處理方式將含鹽量降低至合適范圍。