工业废水处理Fe/C微电解技术
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我国工业废水水质总体呈现高COD、低BOD/COD、高SS及高含盐量等特征，特别是各行业间废水水质存在显著性差别，因而，工业废水处置技术研讨是水处置范畴的关注重点之一。在“十三五”生态环境维护规划推进下，工业废水排放要求逐渐提升。生物办法经济高效，顺应众多类型废水，但关于高盐有机废水或难降解废水处置效果不佳，以至HRT过长，增大工程投资，而高级氧化处置技术本钱过高，因而，急需引入新型处置技术。
近年来，随着我国对大气污染排放物的严厉管控，农业范畴秸秆等废弃物的传统处置方式就地燃烧被制止，其出路问题不断搅扰着各级管理部门，现大多用于生物发电、碳资料制备等，但存在产生二次污染、效能低等问题。微电解技术是以金属(主要为Fe)与非金属(普通为C)组成的复合资料为填料，应用反响过程中产生的原电池效应、氧化复原反响、絮凝作用等作用机制有效处置难降解有机废水的办法。此外，在酸性有氧条件下，Fe/C微电解反响可产生更多的强氧化性物质。Fe/C微电解技术的反响机理和阴阳极反响见图1和表1。
若将由秸秆等废弃物制备的碳资料用作Fe/C微电解填料，可处理其效能低的缺陷，完成高效循环应用，从而到达“以废治废”目的。本文简介了Fe/C微电解技术的开展进程，扼要归结了传统Fe/C微电解技术存在的缺陷，重点剖析了新型Fe/C微电解技术研究发展，指出了该技术的方向开展，拟对难降解工业废水处理提供理论指导。
1、Fe/C微电解技术研发
1.1 Fe/C微电解技术的开展进程
Fe/C微电解技术开展历经初步发现、机理探求、新型技术开发等阶段。初步发现阶段始于20世纪70年代初，Gillham将其运用于地下水处置范畴，机理探求阶段始于20世纪70年代中期，PBRS在欧美地域大范围应用，主要实行反响机理研讨，新型技术开发阶段始于20世纪80年代，Fe/C微电解技术从公开水修复范畴逐渐扩展到印染、制药、石化、焦化等工业废水范畴，主要实行新填料、新反响器的开发，Fe/C微电解技术逐步在工业废水范畴得到范围化应用。
1.2 传统Fe/C微电解技术缺陷
传统Fe/C微电解技术存在的主要缺陷：
(1)填料板结。传统Fe/C填料构型简单，通常是采用工业废弃铁刨花与炭粒混合制备而成，二者只是外表物理接触，在废水处置后期会构成铁的氧化物或其它附着物，容易形成填料板结失效。
(2)对废水pH值请求高。传统微电解反响适合pH值范围为3.0~5.0，若pH<3.0时，Fe溶解形成Fe2+污染，若pH>5.0时，填料电极间电势降落形成原电池反响速率降低。
(3)反响器构造缺陷。传统微电解反响器多采用单层曝气或固定床方式，若反响器中水力学条件不佳时，形成填料板结风险的概率大大增加。
1.3 新型Fe/C微电解技术研发
传统Fe/C微电解技术虽存在上述缺陷，但由于其具有反响效率高、操作便捷及“以废治废”等众多优势，仍具有宽广的工业应用前景，特别在难降解工业废水范畴。针对传统Fe/C微电解技术存在的问题，应从填料、反响器及工艺等方向停止优化，以促进该技术的推行与应用。
1.3.1 新型填料的研发
新型填料的研讨主要集中在成分、尺寸及构型等三方面。在填料成分改良研讨方面，向Fe/C填料中添加聚四氟乙烯或粘土等组分局部包裹在铁料外表，改动铁、碳二者只是简单的物理外表接触方式，铁料被局部包裹，能够减缓其溶解速率，同时新组分的引入可减缓反响后期钝化层的产生。铁形态(如将普通铁料转变为金属玻璃铁料)及价态(如将Fe0置换为Fe3O4)改动标明，此种转变可使铁料外表生成的钝化层容易零落，从而保证填料活性耐久度。此外，填料中碳成分普通作原电池反响的阴极而发作有机物的氧化反响，同时也充任载体作用。在填料尺寸及构型改良研讨方面，若改动碳颗粒尺寸、空间构型以增大填料比外表积，则可增大有机物与填料的接触面积，从而提升处置效率。Zhu等经过改动碳颗粒尺寸、空间构型等手腕，改良了Fe/C填料处置日落黄(SY)有机废水效果，在填料运用20次后，对SY的降解率照旧高于99%、COD去除率稳定在71.8%~81.2%。
1.3.2 新型反响器研发
新型反响器的研讨主要集中于改良进水方式与设备集成化方面。经过改良反响器布水方式，延长与填料接触反响时间，进步填料应用效率。采用新型构造微电解反响器(图2)，废水进入内循环管与空气充沛混合，由反响器底部布水板平均布水，废水上流过程中与Fe/C填料充沛接触反响，处置后出水经安装溢流堰流出。与此同时，内循环管内气泡对失活Fe/C填料充沛搅拌使其活化，活化的Fe/C填料在气提泵作用下经洗濯后返回填料床上层。Han等应用此安装处置印染废水，COD、色度去除率由23%、40%(传统微电解反响器)进步至73%、98.5%。此外，经过与其它工艺组合构成集成设备，强化反响器的处置效率。采用连续流异质Fenton反响器(图3)，废水与电化学系统制备的H2O2同时注入连续流反响器，废水上流过程中与填料充沛接触反响，出水由反响器上部排出。该安装优势在于可满足低浓度以至无电解液的环境，同时稳定性高、耐用性强、能耗低。
1.3.3 新型强化微电解工艺研发
新型强化微电解工艺研讨主要集中于电场耦合与微波耦合两种。微电解耦合电场工艺主要是应用电场可为微电解反响体系提供过电位差，降低反响活化能，加快反响速率。Xie等研讨标明，电场强化微电解工艺(E-ME)可缓解填料梗塞问题，保证E-ME在中性或碱性气氛中高效反响。同时，也有其它学者关注耦合电场强化作用，研讨标明，E-ME可大幅进步处置效率，加强废水可生化性。微电解耦合微波工艺主要是应用微波高效加热特性有效降卑微电解反响活化能，同时可毁坏细菌中有机大分子侧链氢键，毁坏水协作用区域，起到消毒作用。经过微波强化处置，填料梗塞问题得到有效缓解，废水可生化性显著进步。Qin等采用微波强化微电解工艺处置重油废液8d，重油废液中油污、悬浮颗粒物、腐蚀细菌去除率分别可达95.5%、98.3%、96.5%，处置后的重油废液腐蚀率为0.025mm•a-1，到达油田回注规范。
2、Fe/C微电解结合工艺研发
2.1 物化-微电解结合工艺
物化-微电解结合工艺中，物化法可改善微电解的反响环境，从而提升微电解的处置效率。如在微电解工艺前端设置酸化处置单元，可使后续阴极反响处于酸性有氧条件，从而产生更多强氧化性物质，可大幅提升废水可生化性。Guan等采用酸化-微电解工艺预处置油页岩废水，废水COD去除率达78.38%，酚类去除率达97.64%，色度去除率达79.68%。微电解反响过程中产生大量的Fe3+，关于微电解工艺自身来讲，Fe3+会构成氢氧化铁胶体，但是与Fenton工艺结合，Fe3+可充任Fenton反响中的催化剂，可大幅进步难降解物质的降解效率。Zhang等采用Fenton-微电解结合工艺处置印染废水，结果标明，该结合工艺可有效补偿单一微电解难以完整降解染料分子的缺陷，同时可进步废水中难溶性黄腐酸、可溶性微生物代谢物及芳香蛋白等物质的去除率。
2.2 微电解-生物结合工艺
工业废水可生物降解性差，微电解工艺预处置可完成废水中难降解有机物开环断链，从而大幅度提升其可生化性。与一切废水处置工艺技术相比，生物工艺最为经济、环保，契合当今社会可持续开展的主题。采用微电解-生物结合工艺处置难降解工业废水，可大幅降低处置本钱，为其范围化应用提供可能。微电解-生物结合工艺中微电解工艺可改善废水可生化性，同时生物工艺可改善Fe/C填料外表梗塞问题。此外，生物工艺也能够是非流态的人工湿地方式。Guo等采用微电解-程度潜流人工湿地技术处置上层沼液清液，在无需额外添加碳的情形下就可保证较为完整的硝化反响。
2.3 物化-微电解-生物结合工艺
针对某些极难降解工业废水，物化-微电解-生物结合工艺中各工艺发挥各自优势同时又存在协同效应，进而极大强化结合工艺处置效果。Huang等采用电场-厌氧生物-微电解结合工艺处置蒽醌染料废水，废水色素、COD去除率分别高达90%、73%，废水HRT缩短至4d，填料钝化失活问题得到有效缓解。
3、总结
工业废水污染管理问题不断搅扰着行业开展，随着环保政策的进一步严厉，工业废水排放规范越来越高，寻求一种高效经济的管理技术尤为重要。微电解技术能够完成“以废治废”，前景宽广。针对工业废水存在时空差别性，微电解技术开展应针对性地开发新型填料、新型反响器、新型复合工艺。针对小型企业工业废水分散式特性，重点开发性能优良的微电解一体化集成安装。针对大型厂站，可开发利于回收的一体化填料。微电解技术将朝着复合、多元化、工业化方向开展，将是难降解工业废水管理行业开展的着力点。
