铁屑腐蚀电池在工业废水治理中的应用_汤心虎

铁屑腐蚀电池在工业废水治理中的应用武汉大学环境科学系(湖北武汉,430072)汤心虎甘复兴乔淑玉摘要用铁屑腐蚀电池处理工业废水是一种比较新的方法,目前在印染废水、石油化工废水、砷氟废水及电镀废水等的治理方面得到应用,并取得了较好的效果,作者就其上述处理过程的机理作了简要介绍,也对他们近阶段在废水处理方面的工作进行了总结。关键词铁屑腐蚀电池工业废水处理铁屑腐蚀电池应用到废水治理中,是本世纪70年代的事〔1〕。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的特点,并且使用的铁屑多是来自切削工业的垃圾,也不需要消耗有限的电力资源,具有“以废治废”的意义。从某种程度上改变了传统废水处理系统的投资大、运行费用高的缺点。正是因为这一点,用腐蚀电池法处理废水自从它诞生开始,就在美、苏、日等国家引起广泛重视,并进行了大量研究,已有很多专利,取得了一些实用性成果〔2～6〕。而我国从80年代开始这一领域的研究,已有不少文章报道〔7～12〕,特别是近几年来,进展较快,在印染废水、电镀废水、石油化工废水及砷、氟废水等的治理方面相继有文章报道,有的已投入实际运行〔12〕。1基本原理腐蚀电池法处理工业废水是基于电化学中的电池反应,我们知道将金属阳极直接和阴极材料接触在一起,浸没在电解质溶液中则发生电池反应而形成腐蚀电池,就发生所谓的腐蚀反应,金属阳极被腐蚀而消耗。腐蚀电池又可分为微观腐蚀电池和宏观腐蚀电池,前者是指在金属表面由于存在许多极微小的电极而形成的电池,后者是指由肉眼可见到的电极所构成的“大电池”〔13〕。众所周知铸铁是铁和碳的合金,即由纯铁和Fe3C及一些杂质组成。Fe3C和其它杂质颗粒以极小的颗粒的形式分散在铸铁内,由于它们的电极电势比铁的低,当处在电解质溶液中时就形成了无数个腐蚀微电池,在它的表面就有电流在成千上万个细小的电池内流动,铁作为阳极被腐蚀消耗,当体系中有活性炭等宏观阴极材料存在时,又可以组成宏观腐蚀电池。基本电极反应如下:阳极过程:FeFe2++2eE0=-0.44V阴极过程:2H++2eH2↑E0=0.00V酸性介质O2+2H2O+4e4OH-E0=0.41V碱性介质当然,阴极过程也可以是有机物的还原。电极反应生成的新生态Fe2+及进一步氧化生成的Fe3+及它们的水合物具有较强的吸附—絮凝活性,特别是在加碱调pH值后原位生成Fe(OH)2和Fe(OH)3胶体聚凝剂,它的吸附能力高于一般药剂水解得到的Fe(OH)3,能大量吸附废水中分散的微小颗粒、金属离子及有机大分子,而絮凝沉淀下来。在中性或偏酸性的环境中,铸铁电极本身及其所产生的新生态H、Fe2+等能与废水中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,可以脱色、降低COD及提高可生化性,还可以还原重金属离子,降低其毒性等。活性炭是由微小结晶和非结晶部分混合组成的碳素物质,平均孔径10～30Α,比表面积500～2500m2/g。表面含有大量酸性基团或碱性基团,酸性基团有羧基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基及环氧式过氧基等;碱性基团含有类似萘结构的苯并口恶口英钅翁(pyzopyrylium)的衍生物或类吡喃酮结构基团〔14〕,这些酸性或碱性基团的存在,特别是羰基、酚羟基的存在使活性炭不仅具有吸附能力,而且还具有催化作用〔15〕,这也是很多情况下我们选用活性炭作阴极材料的原因。另外,由于电池的电极周围存在电场效应,使溶液中的带电粒子在电场作用下定向移动,进行附集并沉积到电极上,而除去废水中的污染物。总之,铸铁屑腐蚀电池处理废水的方法是基于电化学附集、氧化还原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用。2腐蚀电池在工业废水处理中的应用2.1印染废水的治理对于染料废水的处理,国内外已做了大量工作,—4—专论与综述工业水处理1998—11,18(6)针对水质的不同主要处理方法分为物理法、化学法和生化法,近年来的研究发现真正具有工业应用潜力的处理方法应该是絮凝法与生化法相结合及物理法与絮凝法的结合,腐蚀电池法作为一种新生的有生命力的方法,正日益引起人们的重视。腐蚀电池体系中铁为还原性物质,通过电极反应被氧化时,其提供的电子将破坏染料的发色或助色基团,甚至断链。许多染料溶液是稳定的胶体体系,在这种体系里,染料是以胶体状态存在于溶液中,分散的胶体不会自动聚合,而腐蚀电池正负极之间有一定的电势差,在它们的周围形成电场,使带不同电荷的粒子作定向移动,可迅速完成电泳沉积过程。电极反应的产物Fe2+也具有比较强的还原性,有利于Fe3+的生成,产生聚凝能力很强的Fe(OH)3胶体,吸附混凝印染废水中的有色物质,使染料脱色及降低废水COD。同时从阴极的电极反应中可以看出,pH的高低能直接影响反应的历程,通风曝气有利于反应的进行,正是基于对这一点的认识,