1.发展过程与技术原理

1.1.发展过程

铁碳微电解法是不通电的情况下，通过铁屑和焦炭混合材料或者铁碳复合材料在电解质溶液中形成“原电池”而处理废水，对污染物的去除由原电池反应、絮凝沉淀、氧化还原、电化学富集、物理吸附等过程协同完成(如图1所示)。

Figure diagram of iron carbon micro electrolysis technology图1.铁碳微电解技术原理示意图

从20世纪60年代起，在美、日、苏等国被初步研究实践并工程应用，近年来在石油化工、印染、电镀以及含砷含氰方面迅速发展[1][2]。由于此法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等诸多优点，并使用废铁屑为原料，也不需消耗电力资源，具有“以废治废”的意义[1][2]。

1.2.技术原理

铁碳微电解技术对污染物的去除是各种机理协同完成的，目前公认的主要机理有原电池反应、絮凝-沉淀、氧化还原、电化学富集、物理吸附等[1]，微观机理如图1所示。

在铁碳微电解填料中发生的主要电极反应为：

阳极反应(Fe)：

阴极反应(C)：

生成的H2O2可与水中的Fe2+反应生成氧化能力极强的羟基自由基(·OH)：

上述过程中产生的新生态·OH、[H]、Fe2+、Fe3+等能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，达到降解脱色的作用；生成的Fe2+进一步氧化成Fe3+，水合物具有较强的吸附-絮凝活性。

2.在工业废水处理中的应用

铁碳微电解技术在工业废水处理中的应用表现出诸多优势：环境友好、运行成本低、操作管理方便、应用广泛、可提高废水可生化性。在工业废水，尤其难生物降解工业废水的处理中应用广泛(如表1所示)。

Table of iron carbon micro electrolysis in industrial wastewater treatment表1.铁碳微电解在工业废水处理中的应用废水类型 主要工艺 主要参数 处理效果 参考文献焦化废水铁碳微电解协同催化氧化铁碳微电解、Fenton 试剂联合氧化铁碳微电解反应时间为2.5 h、进水pH 值为3.0、气水比为3:1，催化氧化反应时间为0.5h、双氧水添加量为0.1%、进水pH 为3.5铁碳质量比为4:1，废水用量分别为300 mg/L 和75 mg/L、H2O2为1000 mg/L、pH 值为3，反应时间为20 min CODcr、氨氮、挥发酚类物质的去除率分别达到30%、20%、50%以上，B/C比由0.26 提高到0.45 以上COD、NH3-N、CN-和色度的去除率分别为61.2%、74%、56.2%和74.3%；B/ C 由0.189 提高到0.387[3][4]电镀废水新型超重力电化学反应器铁碳微电解耦合Fenton初始pH 值为11、外加电流密度为10 mA/cm2、装置转速为200 r/min Cu2+、Cr6+、Ni2+去除率分别为99.54%、97.85%、98.37% [5]pH 值3.0、铁碳质量比为2:1、反应时间60 min、气水比20:1 CODcr 去除率达95% [6]医药废水铁碳微电解预处理红霉素生产废水生化处理二级出水铁碳微电解耦合Fenton铁碳微电解填料为Poten-ICME05、初始pH 为3.02、投加量为100 g/L、曝气量为60 L/h、反应时间为90 min原水CODcr 约为15,000 mg/L、pH 值为4.0、填料与废水体积比为1:1、气水比为10:1、反应时间为180 min CODcr、浊度和色度去除率分别达到78.36%、90.23%和95.01，B/C 比由初始0.095 提高到0.367 CODcr 去除率为31.8%，B/C 比提高了1.7 倍，Fe2+浓度为458.5 mg/L，满足后续Fenton 反应要求[7][8]铁碳微电解 接触时间为0.5 h、进水pH 值为1.0 色度去除率高于94%，CODcr去除率为60%左右 [9]印染废水铁碳微电解 铁碳体积比为1:1、pH 为3.0 左右、反应时间20～30 min色度的去除率能够达到95%以上，同时COD 的去除率也能达到60%～70% [10]铁、碳流化床反应器 原水色度为1500 倍、CODcr为3750 mg/L 两者去除率分别达到90%和77% [11]

针对成分复杂、浓度高、可生化性差的焦化废水，铁碳微电解协同Fenton、类Fenton 等高级氧化工艺，可大幅度提高污染物去除效能、提高废水可生化性。铁碳微电解对电镀废水中的Cr3+、Pb2+、Zn2+、Fe2+、Ni2+等离子可通过氧化还原、絮凝-沉淀、物理吸附等途径进行去除。铁碳微电解对电镀废水表现出高效的处理能力，并且操作简单、无二次污染。铁碳微电解对医药废水处理效果良好，尤其含有硝基苯类化合物、抗生素类化合物等的医药废水，可显著改善可生化性，降低生化反应单元处理负荷。铁碳微电解可有效降低印染废水的色度、降低有机物含量、提高可生化性。

3.饮用水处理

与废水处理领域的广泛研究和应用相比，铁碳微电解技术在饮用水处理领域的研究还较为缺乏。目前，仅在饮用水除Cr6+、苯、硝酸盐等方面开展了一些研究(如表2所示)。

文章来源：《工业水处理》 网址: http://www.gysclzz.cn/qikandaodu/2021/0301/658.html