铁碳体系析氢与吸氧反应过程净化废水机理的研究
铁碳微电解技术在难治理废水中的研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第8期·3188·化 工 进展铁碳微电解技术在难治理废水中的研究进展王毅博1，2，冯民权1，刘永红2，李耀中2（1西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048；2西安工程大学环境与化学工程学院，陕西 西安 710048）摘要：铁碳微电解技术具有处理效率高、操作方便、占地面积小、原材料廉价和适用范围广等优点。
但在机理研究以及具体的实际应用过程中，仍存在一些问题有待解决。
因此，本文综合分析了铁碳微电解技术去除难治理废水中污染物的过程和机理，指出微电解作用机理的定量化及耦合关系是一个重要研究方向。
在应用研究方面，目前主要存在两个问题：①微电解材料的板结和钝化问题；②如何提高微电解工艺适用的pH 范围。
本文从材料合成和反应器的改进方面进行分析，针对前者问题，提出可采用纳米技术以及高温烧结技术合成新型微电解材料，以及采用流化床和内循环微电解反应器也可解决该问题；针对后者问题，提出可改性微电解材料，以及在微电解反应器上外加电场和采用臭氧曝气微电解。
最后，系统总结了该技术在印染废水、垃圾渗沥液、制药废水和重金属废水的应用概况。
关键词：铁碳；电解；材料；反应器；废水；环境中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）08–3188–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2272Recent advances on iron-carbon micro-electrolysis technology forrefractory wastewaterWANG Yibo 1, 2, FENG Minquan 1, LIU Yonghong 2, LI Yaozhong 2（1State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region, Xi'an University of Technology, Xi’an 710048, Shaanxi, China; 2College of Environment and Chemical Engineering, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048,Shaanxi, China ）Abstract ：The iron-carbon micro-electrolysis technology has obvious advantages, such as high efficiency, ease of operation, less area requirement and cheap raw materials, and has a broad application prospect as well. But there are still some problems remaining to be solved for the mechanism research and practical application. Therefore, the removal mechanism of contaminant from refractory wastewater was comprehensively analyzed. The quantification and coupling relationship of the micro-electrolysis functional mechanism is an important research direction. There are still two major problems in the applied research. The first is agglomeration and passivation of the material. The second is how to improve the applicable pH range of micro-electrolysis. Synthesis of materials and improvement of the reactor were systematically analyzed in this paper. For the former problem, the nanotechnology and high-temperature sintering process could be applied to synthesize new material, and the employment of fluidized bed and internal circulation micro-electrolysis reactor were the solution to the problem. For the latter, modification of the micro-electrolysis material, and employment第一作者：王毅博（1987—），男，博士研究生，研究方向为污水处理。
铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀对比实验设计
铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀对比实验设计引言铁的腐蚀是工程领域中一个常见而重要的问题。
在不同环境中，铁能够发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀，这对于材料的性能和使用寿命都有着重要影响。
本实验将对比探究铁在吸氧腐蚀和析氢腐蚀条件下的腐蚀行为，从而深入了解这两种腐蚀类型的差异和机理。
实验设计实验目的1.比较铁在吸氧腐蚀和析氢腐蚀条件下的腐蚀速率；2.探索吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理差异。
实验材料与设备•铁试样；•实验室用水；•氢气源；•氧气源；•电化学测量系统（如电化学工作站）；•pH计；•实验容器（如玻璃容器）；•电极（如铂电极）。
实验步骤1. 制备铁试样1.从纯铁块中切割出适当大小的铁试样；2.用酒精清洗试样表面以去除表面杂质和氧化物；3.用实验室纸巾擦干清洗后的试样。
2.准备吸氧腐蚀实验条件1.在一个实验容器中加入足够的实验室用水，使得铁试样能够完全浸入其中；2.将实验容器放置在电化学测量系统中，以便对腐蚀行为进行实时监测；3.使用pH计测量实验容器中水的酸碱性。
3. 实施吸氧腐蚀实验1.将铁试样完全浸入实验容器中的水中；2.打开氧气源，将氧气通过气体进口通入实验容器中，维持一定的流量（如1mL/s）；3.开启电化学测量系统，开始实时监测铁试样在吸氧腐蚀条件下的腐蚀行为；4.同时记录实验容器中水的pH值的变化。
4. 准备析氢腐蚀实验条件1.在一个实验容器中加入足够的实验室用水，使得铁试样能够完全浸入其中；2.将实验容器放置在电化学测量系统中，以便对腐蚀行为进行实时监测；3.使用pH计测量实验容器中水的酸碱性。
5. 实施析氢腐蚀实验1.将铁试样完全浸入实验容器中的水中；2.打开氢气源，将氢气通过气体进口通入实验容器中，维持一定的流量（如1mL/s）；3.开启电化学测量系统，开始实时监测铁试样在析氢腐蚀条件下的腐蚀行为；4.同时记录实验容器中水的pH值的变化。
实验结果与分析吸氧腐蚀实验结果1.记录铁试样在吸氧腐蚀条件下的腐蚀速率；2.观察实验容器中水的pH值的变化，分析其与腐蚀速率的关系；3.将吸氧腐蚀实验结果与析氢腐蚀实验结果进行对比。
铁碳微电解技术处理难降解有机废水
铁碳微电解技术处理难降解有机废水王珊;杨小玲;高奕红【摘要】本文简单介绍了铁碳微电解法的机理，以铁碳微电解技术处理己内酰胺废水为例，对影响铁碳微电解法处理废水的因素进行了分析，并展望了铁碳微电解在与其他废水处理工艺联用方面的应用。
%This paper briefly introduced the mechanism of iron-carbon micro-electrolysis technology. The experiment process of iron-carbon micro-electrolysis technology for the treatment of caprolactam wastewater was used as example. The influential factors were analyzed and summarized. The application of other wastewater treatment with iron-carbon micro-electrolysis technology was also proposed.【期刊名称】《皮革与化工》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】3页(P31-33)【关键词】铁碳微电解;废水;机理;应用【作者】王珊;杨小玲;高奕红【作者单位】咸阳师范学院化学与化工学院，陕西咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院，陕西咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院，陕西咸阳712000【正文语种】中文【中图分类】X703微电解技术是基于金属腐蚀电化学原理，将具有不同电极电位的金属与金属(或非金属)直接接触，浸没在传导性较好的工业废水中，通过形成的宏观电池及微观电池产生的电池效应，进行工业废水处理[1，2]。
铁碳微电解工艺的电解材料采用的填料一般为铸铁屑（铸铁是铁碳合金）及焦炭，又有采用铁刨花、中碳钢屑为电解材料，现在也有以粉煤灰或炉渣为材料的研究[3]。
铁碳微电解及芬顿氧化处理某抗生素废水的研究
作者简介:(1985-),,。
抗生素废水因浓度高、水质波动大、废水中含有延缓或完全抑制微生物生长的有毒有害物质、可生化性较差等特点，将其归为生物难降解有机废水。
因此，在进入污水处理系统前，需对其进行一定的预处理。
铁碳微电解和芬顿氧化法因氧化性强、处理效率高、不产生二次污染，同时，兼具占地面积小、操作简单、管理方便等特点适于抗生素废水的预处理。
但这两种处理方法对抗生素废水的处理效果及其适用条件都有待进一步研究。
1铁碳微电解及芬顿氧化法基本原理铁碳微电解是利用铁、碳组分自身产生的电位差发生氧化还原反应，对废水进行电解处理[1]，以达到降解有机污染物和脱色的目的。
特别是在有氧的情况下，反应生成的Fe （OH ）3是活性胶状絮凝剂[2]，其吸附能力很强，可对水中的悬浮物及其他有色物质进行吸附、凝聚共沉淀而除去，从而达到对废水的净化效果。
白娟莉(四川景星环境科技有限公司,四川成都610037)摘要：近几年，铁碳微电解和芬顿氧化法因其对有机物的强氧化性而被广泛用于抗生素废水的预处理。
本文以某药业公司抗生素废水为研究对象，以CODcr 去除率为评价指标，分别进行了铁碳微电解与芬顿氧化实验。
实验发现：将进水pH 调节为4，铁碳投加比例控制在1：1（体积比），反应停留时间保持为120min 时，铁碳微电解的的去除效果最好；同样，将进水pH 调节为4、FeSO 4·7H 2O 和H 2O 2的投加量分别为1.05g 及10mL ，反应停留时间保持为120min 时，芬顿氧化法的去除效果最好。
关键词：铁碳微电解；芬顿氧化；抗生素；废水处理中图分类号：X787文献标志码：AStudy on the Application of Iron -carbon Micro-electrolysis and Fenton Oxidation in AntibioticWastewate TreatmentBAI Juanli(Sichuan Jingxing Environmental Technology Co.LTD ,Chengdu 610037,China )Abstract :In recent years ,iron carbon micro-electrolysis and fenton oxidation have been widely used in the pretreatment of antibiotic wastewater due to their strong oxidation of organic compounds.This paper took the antibiotic wastewater of a pharmaceutical company as the research object ,and the removal rate of CODcr as the evaluation index ,respectively carried out iron carbon micro-electrolysis and fenton oxidation experiments.The results showed that the removal rate of ferrocarbon micro-electrolysis was the best when the wastewater pH of 4,fe-c volume ratio of 1:1,reaction time of 120min ;The optimal reaction parameters of fenton oxidation were :wastewater pH of 4,reaction time of 120min ,and addition amounts of FeSO 4·7H 2O and H 2O 2were 1.05g and 10mL ,respectively.Key words:iron carbon micro-electrolysis;Fenton oxidation;Antibiotics;wastewater treatment2铁碳微电解及芬顿氧化处理某抗生素废水的研究芬顿氧化法是利用“芬顿试剂”进行化学氧化的废水处理技术。
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进随着工业化的不断发展和科技的不断进步，铁在工业和生活中的应用越来越广泛。
但是，铁在使用过程中也存在着许多问题，其中包括铁的腐蚀问题。
铁在水中遇到氧气时会发生铁的吸氧腐蚀，而在酸性溶液中则会发生铁的析氢腐蚀。
为了解决这些问题，本文对铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验进行了改进。
1.实验介绍铁的吸氧腐蚀在日常生活和工业生产中较为普遍。
铁的吸氧腐蚀实验是指将铁在水中加热，使其与氧气反应产生红棕色氧化铁的过程。
铁的吸氧腐蚀实验通常用来研究铁在水中的腐蚀过程。
2.实验改进为了减少实验中的误差和提高实验精度，本文对铁的吸氧腐蚀实验进行了改进。
改进措施如下：（1）实验器材的清洗：在进行实验前，应将实验器材充分清洗干净，以避免因杂物残留而影响实验结果。
（2）加热方式的改进：在进行实验前，应将铁样品事先加热至80摄氏度左右，使其表面产生铁锈，这样可以增加铁样品在水中的反应活性，并有效减少实验误差。
（3）实验数据的记录：在进行实验过程中，应将实验数据及时记录下来，并根据实验结果计算出反应活性和反应速率等参数，从而更加准确地分析铁在水中的腐蚀过程。
铁的析氢腐蚀在工业生产中也很常见。
在酸性溶液中，铁会发生析氢反应，生成气体和溶解的铁离子。
铁的析氢腐蚀实验通常用来研究铁在酸性环境下的腐蚀过程。
（1）溶液浓度的控制：在进行实验前，应根据实验需求精确控制溶液的浓度，以提高实验精度。
（2）溶液的新鲜度：在进行实验过程中，应保证实验溶液的新鲜度，避免由于溶液老化导致实验误差。
总之，对于铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀实验的改进，可以从多个方面对实验进行改进，以提高实验的精度和减少实验误差，从而为研究铁的腐蚀问题提供更为准确的实验数据和研究结果。
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀是铁材料在不同环境中受到腐蚀的两种常见形式。
在实验中，
我们需要了解铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理，并采取一些改进措施来降低腐蚀的程度。
我们来讨论铁吸氧腐蚀的实验改进。
铁在含氧环境中容易发生氧化反应，形成氧化铁，进而导致铁的腐蚀。
为了减少铁吸氧腐蚀的发生，可以采取以下措施：
1. 使用氮气代替空气。
氮气是一种无色无味的气体，不会与铁发生氧化反应，因此
可以减少铁吸氧腐蚀的可能性。
2. 添加缓蚀剂。
缓蚀剂可以抑制铁与氧发生反应，从而减少铁的氧化速率。
常见的
缓蚀剂有有机磷酸盐和氮杂环化合物等。
3. 使用防腐蚀涂层。
在铁表面涂覆一层防腐蚀涂层，可以隔绝铁与氧的接触，从而
减少铁吸氧腐蚀。
1. 选择适当的pH值。
酸性环境下pH值的增加可以减少析氢腐蚀的速率。
可以通过添加碱性物质来提高溶液的pH值。
3. 采用钝化处理。
钝化是一种在金属表面形成钝化膜的方法，可以有效地减少金属
的腐蚀。
在铁表面形成一层稳定的钝化膜，可以减少析氢腐蚀的发生。
铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验改进可以通过改变环境条件、添加缓蚀剂和使用防腐蚀
涂层等方法来降低腐蚀的程度。
通过这些改进措施，我们可以更好地研究铁在不同环境中
的腐蚀机理，以及采取相应的措施来保护铁材料的性能。
铁碳微电解预处理工业废水研究进程
本页面为作品封面，下载文档后可自由编辑删除！环境保护行业污水单位：姓名：时间：铁碳微电解预处理工业废水研究进程［摘要］铁碳微电解作为一种高效率、普适性强、可提高难降解污染物可生化性等特点的低能耗、低成本废水预处理技术，应用前景广泛。
阐述了铁碳微电解反应机理，综述了包括微电解pH、停留时间、曝气量、铁碳比、铁水比等工艺优化研究现状，对其超声耦合、Fenton耦合等改进技术和在焦化、染料、制药、石油和造纸废水中的应用情况进行了分析，并指出了铁碳微电解存在的易板结等方面问题及该技术在理论、与其他技术耦合联用等方面需重点研究的发展趋势。
［关键词］铁碳微电解；Fenton技术；废水处理铁碳微电解法又称内电解法、零价铁法〔1-2〕等，是最近30多年来兴起的废水处理方法〔3-4〕。
微电解法利用铁和碳在反应中形成具有较强还原能力的亚铁离子，去还原某些氧化态的有机物，并使得部分有机物开环裂解，从而达到提高废水可生化性的目的。
当前，铁碳微电解技术仍存在铁屑结块、填料钝化、活性衰减导致的处理成本偏高等技术难题，笔者就铁碳微电解技术的基本原理，重点对铁碳微电解工艺优化、新技术的研发和应用进展进行简述，并对其发展方向提出了展望。
1原理铁碳微电解技术是基于金属腐蚀电化学的基本原理，将具有不同电化学电位的金属和非金属置于导电性较好的废水中，利用低电位的Fe和高电位的C在废水中所产生的电位差，形成无数的原电池，由此引起一系列作用并用于工业废水处理。
目前微电解技术处理污染物的主要反应涉及到电极反应、铁还原作用以及吸附和絮凝作用等〔5 -6〕。
微电解产生的新生态Fe2+具有较强的还原能力，可破坏发色基团的结构而降低色度，并且使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物，从而提高废水的可生化性〔7-8〕；同时通过电极反应得到的新生态H+也具有较强的活性，也可改变有机物发色基团和助色基团的分子结构，如使偶氮键破裂、大分子分解为小分子、硝基化合物还原为氨基化合物，从而达到脱色的目的〔9-1 0〕。
铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的实验原理探查
在 空气中， 盐 酸溶 液湿润 的碳粉 、 铁粉混 合物
发生 电化学腐蚀 ， 导致实 验装 置 中 Ｕ型玻璃 导管
图 １ 铁 的 析 氢 腐 蚀 和 吸氧 腐 蚀 买验 装置
内红墨水 的液面发生变 化。 不 同浓度 的盐酸 溶液 湿润 的碳 粉 、 铁粉混合 物发 生电化学腐蚀 时 Ｕ型 化 曲线如图 ３ 所示 。 图中 △ ＾＜ ０ 表示具支试 管内
氢 腐蚀 的同时是否也发 生吸氧腐蚀 的探 查较少。 验 开始 时 调节具 支试 管 中的压 强 与外界压 强一 具支试 管与盛有红 墨水 的 Ｕ型玻璃 细导管相 为了帮 助学 生更 好地 理 解 铁 的析 氢 腐蚀 和吸 氧 致 ； 结合标尺， 可观察记录 Ｕ型玻璃细导管中红墨 腐蚀 的原理 ， 笔 者改进了实验装 置和实验 操作 方 连 ， △ ｈ ） 随时间的变化 。 法， 从定量 的角度探 究铁 的析氢 腐蚀和吸氧腐 蚀 水 的液面差 （
电池反应 ： Ｆ ｅ ＋ ２ Ｈ 一 ＋ Ｈ ， Ｔ
随 着 氢气 的析 出， 水膜的 ｐ Ｈ不 断上 升，
用稀醋酸浸湿的滤纸条沾附铁粉 和碳粉混合物进 与 Ｏ Ｈ 一 结合 生 成 Ｆ ｅ （ Ｏ Ｈ ） ， 再继续和 ０ ２ 作用， 生
行铁的析氢腐蚀实验； 陶俞佳 ｆ ４ 对铁粉和碳粉混 成 Ｆ ｅ （ ０ Ｈ ） ， 进而形成铁锈 。
ｊ口＿－ ．＿＿＿Ｅ＝＿ ＿＿＿＿ －
使碳粉 、 铁粉混合物 附着在试管壁上 ， 迅速塞紧橡 皮塞， 打开活塞 ， ｕ型玻璃导管 中红墨水左右两 边
液 面持平后关 闭活塞 。 每 隔一定 时间记录 Ｕ型 玻 璃 导管 中红墨水左 右两边的液面高度差 △ ＾ 。
３ 实验 结果 与讨 论 ３ ． １ 不 同酸 度 溶 液 对铁 析 氢 腐蚀 的影 响
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文章编号:100025889(2003)022*******铁碳体系析氢与吸氧反应过程净化废水机理的研究张庆芳1,王有乐1,马 炜2(1.甘肃工业大学石油化工学院,甘肃兰州 730050;2.兰州万众电子通讯有限公司,甘肃兰州 730050)摘要:通过实验证实了析氢与吸氧反应的存在,并针对特定的废水确定了各自的最佳处理条件.同时还对析氢反应和吸氧反应各自占优势时的处理效果与两者优势相当时的处理效果进行了比较分析,认为不论是哪种反应占优势,还是两者并存,都能产生较好的处理效果,只是针对不同的废水可能应有所偏重.关键词:铁碳体系;析氢与吸氧反应;废水处理中图分类号:X703.1 文献标识码:AI nvestigation of mechanism of w aste w ater decontamination with reaction ofhydrogen separation and oxygen absoption in iron2carbon systemZHANG Qing2fang1,WANG Y ou2le1,Ma Wei2(1.C ollege of Petrochemical T echnology,G ansu Univ.of T ech.,Lanzhou 730050,China;nzhou W anzhong E lectronic C ommunication C o Ltd,Lanzhou 730050,China)Abstract:The existence of oxygen abs option and hydrogen separation is verified with the experiment and their several optimal treatment conditions are determined for a specially designated kind of wastewater.The treatment effects in both siteeations,where either hydrogen separation or oxygen abs option reaction has an advantage over the other as well as they are on an equality with each other,are com pared and analyzed.It is believed that a better treatment effect can be achieved with the both situations,excepting a little difference for different kinds of wastewater.K ey w ords:iron2carbon system;reaction of hydrogen separation and oxygen abs orption;wastewater treatment 在铁碳体系(Fe2C)中充满废水可形成许多微原电池,碳的电位高,形成微阴极,铁的电位低可成为微阳极.这些微原电池可发生以下电化学反应,阳极:Fe Fe2++2e;阴极:2H++2e2[H],O2+ 2H2O+4e4OH-.其中新生态的[H]和Fe2+与废水中许多组分发生氧化还原反应,使大分子物质分解为小分子物质,难降解物质转变成易生物降解物质,起到净化废水的作用[1～4]. 另外新生态的Fe2+和Fe3+具有高活性,其水解产物能形成微絮体,吸附废水中的污染物,聚结成较大的絮体沉淀:Fe2++2OH-Fe(OH)2↓,4Fe (OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3↓,同时在微电解过程中产生羟基自由基(・OH),使有机污染物 收稿日期:2002204221 基金项目:甘肃省自然科学基金(ZS0222A252024) 作者简介:张庆芳(19722),甘肃天水人,讲师,硕士生.氧化.以上电化学反应实际上是铁碳体系中析氢和吸氧腐蚀过程所引起的,析氢过程与废水中pH值有关,吸氧过程又与废水的供气量有关,二者是微电解处理废水的关键因素,决定废水的处理效果.本文就铁碳体系的析氢和吸氧反应过程对染色废水的脱色机理及脱色效率进行了实验研究.1 实验设计及处理工艺1.1 染色废水的性质原废水取自兰州一毛厂印染车间染缸中的浓脚水,其中的染料品种包括酸性、直接、阳离子、活性、分散和硫化染料等数种[5～7].色度为200倍,pH为3.4.1.2 铁碳体系的组成铁碳体系由铁粉和活性炭粒组成,铁碳比为2∶1第29卷第2期2003年6月甘 肃 工 业 大 学 学 报Journal of G ansu University of T echnologyV ol.29N o.2Jun.2003(根据本次实验结果,铁碳比为2∶1时脱色率最佳).1.3 实验装置实验装置主要由贮水池、铁碳体系反应器、沉淀池组成(见图1).图1 废水处理流程图Fig.1 F low ch art of w aste w ater processing贮水池兼高位水箱的作用,主要为满足实验所需要的水压,同时兼作沉淀池的作用.废水在进行处理前,在池内静置沉淀,去除其中部分杂质和悬浮物,并起均和池的作用,以调节水质.铁碳体系反映器是该处理系统中的主要装置,柱内装有一定比例铁屑和碳粒.当废水自上而下流经滤剂柱后,达到脱色的目的.由于废水在反映柱内流速较快,上清液和絮凝体混杂在一起,在沉淀池内静置一定时间后,可以得到分离.2 实验结果及讨论2.1 析氢反应过程对染料废水的脱色效果微电解过程中阴极放出氢气所构成的腐蚀称为析氢腐蚀[8],该反应称为析氢反应.因为析氢腐蚀与废水pH 值密切相关,所以在不同的pH 值条件下进行脱色处理.取处理废水100ml ,投加一定量(被废水刚淹没)的铁碳混合物(Fe/C =2∶1),不进行曝气(区别于吸氧腐蚀),处理时间15min 后,取上清液,用比色法测定其脱色率.在不同的pH 值条件下,废水在处理初期都有气泡冒出,这是因为在碳(阴极)上发生还原反应:n H ++n e =n /2H 2,与此同时在铁(阳极)上发生氧化反应:Fe -2e →Fe 2+.随pH 的增大,气泡的量会越来越少,这说明在整个微电解过程中析氢反应总会发生.随着pH 值的增大,溶液中H +的数量减少,相应的阴极还原产物(H 2)也会减少,因而气泡会减少.实验发现:当pH ≤3.5时,反应液中有铁红色出现,沉淀一定时间后有黑色污泥.这主要是因为:当pH太低(pH =1.5,2.0,3.0,3.2),[H +]则太高,过量H +进一步和溶液中的Fe ,Fe (OH )2,Fe (OH )3反应,从而浪费铁屑,破坏絮体,并产生多余的有色Fe 2+,Fe 3+,这是pH ≤3.5脱色率较低的原因.当pH≥7时,实验中有絮状物产生,这是因为Fe2+,Fe 3+的水解产物通过吸附、架桥等作用将废水中胶体或胶体状物质聚集而形成的.从废水脱色率来看,pH 值对脱色率的影响并不是单一地呈递减或递增的趋势,而是呈波浪型的.当pH =6.0时,脱色效果也较低,这主要是因为相对于pH ≤3.5来说,溶液中[H +]减少,它不利于Fe 2+的生成,同时反应液出水呈酸性(pH =6.41),也不利于Fe (OH )2,Fe (OH )3的生成,从而影响絮凝作用的发挥.当pH ≥7时,微电解的脱色效果较高,这主要是絮凝作用的结果.pH 值对脱色率的影响见图2.图2 不供氧条件下pH 值对脱色率的影响 Fig.2 I nfluence of pH value on decolorisationrate without oxygen supply2.2 吸氧反应过程对染料废水的脱色效果通过气泵在反应器底部曝气,在不同的pH 值条件下进行处理,处理时间15min 后,取上清液,用比色法测定其脱色率,结果见图2.实验结果与析氢反应过程脱色率相比(见图3),当pH ≥5.0时,曝气条件下脱色率均大于不曝气时的脱色率.这是因为除析氢反应外,阴极上还 图3 供氧条件下pH 值对脱色率的影响(以3.6L/min 的速度持续供氧) Fig.3 I nfluence of pH value on decolorisation rate withoxygen supply (oxygen supplyed continu ally at the rate of 3.6L/min)・96・第2期 张庆芳等:铁碳体系析氢与吸氧反应过程净化废水机理的研究 有吸氧反应:O 2+4H ++4e →2H 2O (在含氧酸性溶液中),O 2+2H 2O +4e →4OH +(在中性或碱性溶液中).金属在该条件下的腐蚀称为吸氧腐蚀,该阴极反应称为吸氧反应.析氢和吸氧反应是腐蚀过程中最常见的阴极反应.从实验结果来看,不管溶液起始pH 值为多少,出水pH 值都有较大的增长.这主要是因为溶液中氧的存在而使[H +]减少所致.当溶液呈中性或碱性时,由上面反应方程式可知溶液中由于氧的存在而产生大量的OH -,继而会产生Fe 2+,Fe 3+不同的水解产物,通过它们的絮凝作用使废水中污染物得到降解,达到脱色的目的.通过进一步的实验发现,供氧越充分,脱色率越高.其原因除了以上所分析的以外,还有氧对废水中污染物的氧化作用,以及供氧对反应溶液的搅拌加速了胶粒的聚结反应,单位时间内微阳极、微阴极上的电极反应个数增加等因素都是不可忽视的.不同供氧量对脱色率的影响见图4.图4 不同供气量对脱色率的影响Fig.4 I nfluence of oxygen supply on decolorisation rate3 结果分析1)通过实验证明腐蚀原电池理论中提出的析氢反应和吸氧反应是存在的,但它们不是截然分开的两个反应阶段,而是同时存在的,只不过有一个此消彼长的关系.在酸性条件下,析氢过程占主导,但溶液中溶解氧的存在,不可避免地也会发生吸氧反应.同样,当溶液中鼓入大量氧后,吸氧过程就会占主导地位,但溶液中H +是永远存在的,只是多少而已,因此伴随着也会有析氢过程的发生.2)析氢反应占主导地位时,最佳的pH 值为3.5,4.5,7.0.其它条件下处理效果不好的原因是:[H +]太高,过量H +进一步和Fe ,Fe (OH )2,Fe (OH )3反应,浪费铁屑,破坏絮体,并产生多余的有色Fe 2+,Fe 3+离子,影响色度脱除率;[H +]太低,不利于Fe 2+的生成,继而影响滤床中各作用的发生.3)当pH ≥5.0时,析氧反应占主导地位时废水脱色率均较高,而且呈递增的趋势,这说明一方面向反应液中鼓气充当了搅拌的角色,加快了单位时间内流过微阴极、微阳极上的废水体积,使发生在电极上的氧化、还原以及电解、吸附、胶体的电泳等一系列过程得到加强;另一方面,由于氧的大量存在,在中性或碱性溶液中,反应液中产生的大量的OH -,从而会产生Fe 2+,Fe 3+不同的水解产物,它们是很好的絮凝剂,可以通过吸附、架桥等作用使废水中污染物得到去除.另外,实验还发现,供氧越充分,去除效果越好.4)由图3可以看到,pH =5.0和pH =8.0废水脱色率基本相等.pH =5.0析氢反应在整个反应过程中是占相当比例的(实验发现不鼓气时,在反应过程中有大量气泡冒出),同时由于氧的大量存在,吸氧反应会迅速进行,可以说此时析氢反应与吸氧反应所占比例是相当的.而pH =8.0时,析氢反应处于相对弱势地位(同样由实验发现,不鼓气时产生的气泡明显减少),吸氧反应处于较强的位置,此时废水的脱色主要是由吸氧反应引起的絮凝过程完成的.这就说明,析氢反应与吸氧反应同时存在是对废水的脱色效果与吸氧反应为主导的脱色效果相当.此结论可为不同条件下废水处理工艺的设计提供一定的参考.致谢:本文得到甘肃工业大学学术梯队及特色研究方向重点资助,在此表示感谢.参考文献:[1] 陈 郁,金 燮.零价铁处理污水的机理及应用[J ].环境科学研究,2000,13(5):24226.[2] 韩洪军.内电解法处理印染废水的研究[J ].化工环保,1990,10(6):3362338.[3] 曹 曼.铁屑过滤法处理印染废水的研究[J ].纺织学报,1991,12(1):45246.[4] 王小文,王伯铎,侯润卯.铁屑/炭电化学反应2混凝沉淀法处理制罐废水[J ].化工环保,1998,18(4):2202223.[5] 何义亮.铁屑过滤2活性污泥法处理毛纺厂废水[J ].水处理技术,1993,19(2):1022104.[6] Peter D.Lignosulfonate dispersants and az o dye reduction [J ].T extChem C olorist ,1986,18(2):17220.[7] 吴树珍.电化学法处理煤气洗涤废水[J ].环境工程,1989,7(2):19210.[8] 张承忠.金属的腐蚀与保护[M].北京:冶金工业出版社,1991.・07・ 甘肃工业大学学报 第29卷。