鐵碳微電解——物化強氧化預處理

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。在應用領(lǐng)域，同濟大學(xué)則因廣泛的實(shí)踐成為此類(lèi)技術(shù)的開(kāi)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(guò)一系列過(guò)程和作用對廢水中有機污染物進(jìn)行電化學(xué)處理。在含有傳導性的電解質(zhì)溶液中，鐵屑和炭粒會(huì )形成無(wú)數個(gè)微小的原電池，在其作用空間形成電場(chǎng)，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(chǎng)作用、鐵的還原作用等一系列物理化學(xué)反應過(guò)程。由于電化學(xué)腐蝕作用，陽(yáng)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(huì )反應生成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電解作用產(chǎn)生的不溶物和構成色度的有機物可被其吸附凝聚。由電極反應產(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)色結構，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(wú)色物質(zhì)，具有脫色的作用，同時(shí)也提高了廢水的生化降解性，為進(jìn)一步處理創(chuàng )造了有利條件。在微電解的基礎上，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(gè)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(yáng)極與陰極材料直接浸沒(méi)在電解質(zhì)溶液中，發(fā)生電化學(xué)反應，其電極反應如下：

陽(yáng)極(Fe)：
陰極：	酸性條件
	酸性充氧條件
	中性充氧條件

由陰極反應可見(jiàn)，在酸性充氧條件下，兩者的電位差較大，腐蝕反應進(jìn)行得最快。陰極反應消耗了大量的H+會(huì )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)色結構(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(shí)使廢水有機物向易生化的方向轉變。

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(wú)色或者淡色的低分子物質(zhì)，具有脫色作用，同時(shí)也提高了廢水的可生化性，為后續生化處理創(chuàng )造了條件。

單質(zhì)鐵與其他金屬組成原電池，通過(guò)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有很強的斷鏈作用，能夠提升廢水的可生化性。