鐵碳微電解——物化強氧化預(yù)處理

廢水中的難降解有機物，需要采用高級的強氧化技術(shù)分解，斷鏈脫環(huán)，降解成較小分子量可以生化去除的物質(zhì)。

國內(nèi)外研究較多、較為成熟的化學(xué)還原工藝是微電解工藝，以美國賓西法尼亞大學(xué)和中國同濟大學(xué)研究為主。在應(yīng)用領(lǐng)域，同濟大學(xué)則因廣泛的實踐成為此類技術(shù)的開拓者。

催化微電解法是利用金屬腐蝕原理，形成的原電池通過一系列過程和作用對廢水中有機污染物進行電化學(xué)處理。在含有傳導(dǎo)性的電解質(zhì)溶液中，鐵屑和炭粒會形成無數(shù)個微小的原電池，在其作用空間形成電場，于是在溶液中就發(fā)生了電化學(xué)腐蝕作用、電極上新生態(tài)氫的還原作用、電極上產(chǎn)生的鐵離子的混凝作用、電場作用、鐵的還原作用等一系列物理化學(xué)反應(yīng)過程。由于電化學(xué)腐蝕作用，陽極產(chǎn)生的新生態(tài)Fe2+是良好的絮凝劑，能將廢水中的高分子粒子交聯(lián)在一起，消除離子間電荷的排斥作用，形成以Fe2+為膠凝中心的絮凝體，捕集和裹挾懸浮的膠體顆粒而共沉淀。而Fe2+在有氧和堿性條件下還會反應(yīng)生成Fe(OH)2和Fe(OH)3。生成的Fe(OH)3是膠體凝聚劑，它比一般絮凝劑水解得到的Fe(OH)3吸附能力強，廢水中的懸浮物以及由內(nèi)電解作用產(chǎn)生的不溶物和構(gòu)成色度的有機物可被其吸附凝聚。由電極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)氫具有很大的活性，能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原作用，能破壞發(fā)色物質(zhì)的發(fā)色結(jié)構(gòu)，使偶氮鍵斷裂，大分子分解為小分子。鐵是活潑金屬，在酸性條件下，它的還原能力能使某些有機物被還原為還原態(tài)。另外，鐵在酸性水溶液中生成的Fe2+能使帶色有機物的發(fā)色基還原降解，使一些大分子有色有機物降解為低分子無色物質(zhì)，具有脫色的作用，同時也提高了廢水的生化降解性，為進一步處理創(chuàng)造了有利條件。在微電解的基礎(chǔ)上，選擇針對廢水水質(zhì)的高效催化劑是目前微電解技術(shù)發(fā)展的一個趨勢。

作用機理包括：

1)電化學(xué)作用

微電解基于原電池作用，金屬陽極與陰極材料直接浸沒在電解質(zhì)溶液中，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其電極反應(yīng)如下：

陽極(Fe)：
陰極：	酸性條件
	酸性充氧條件
	中性充氧條件

由陰極反應(yīng)可見，在酸性充氧條件下，兩者的電位差較大，腐蝕反應(yīng)進行得最快。陰極反應(yīng)消耗了大量的H+會提高溶液的pH，通常微電解在酸性條件下使用。

2)氫的還原作用

電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的新生態(tài)[H]具有較大的化學(xué)活性，能破壞物質(zhì)的發(fā)色結(jié)構(gòu)(如偶氮鍵)等，使廢水中某些有機物的發(fā)色基團和助色基團破裂，大分子分裂解為小分子，達到脫色的目的，同時使廢水有機物向易生化的方向轉(zhuǎn)變。

3)鐵的還原作用

鐵是還原金屬，在酸性條件下能使一些大分子發(fā)色有機物降解為無色或者淡色的低分子物質(zhì)，具有脫色作用，同時也提高了廢水的可生化性，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造了條件。

單質(zhì)鐵與其他金屬組成原電池，通過擴大兩極電位差，發(fā)揮陰極的電化學(xué)催化作用，提高單質(zhì)鐵的還原能力。

從機理上分析，還原作用對于廢水中的有機物應(yīng)有很強的斷鏈作用，能夠提升廢水的可生化性。