張胤，包楊

（沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

偶氮染料的使用量占總有機(jī)染料的80%左右[1]，偶氮染料分子鍵中含有偶氮鍵（-N=N-），通常具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，在特殊條件下，它能分解產(chǎn)生20多種致癌芳香胺[2]，如果不經(jīng)過合適的處理就排放到環(huán)境中，必將嚴(yán)重危害環(huán)境和人類生命健康。因此，偶氮廢水的治理就成為了我國必須解決的問題之一。

鐵碳微電解法主要是利用鐵和碳在廢水中反應(yīng)生成的一系列的氧化性和還原性物質(zhì)[3]，對廢水中的污染物進(jìn)行降解，鐵碳微電解法的主要反應(yīng)物質(zhì)為廢舊的鐵屑與活性炭，鐵碳來源豐富、價格低廉、不產(chǎn)生二次污染[4]，因此該法具有適應(yīng)廢水范圍廣、成本低廉、處理效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為工業(yè)廢水十大處理技術(shù)之一，具有很大的發(fā)展前景。

1 鐵探微電解技術(shù)的作用機(jī)理

鐵碳微電解技術(shù)的主要原理是鐵的電化學(xué)腐蝕原理[5]，它利用Fe 和C 之間存在1.2 V 的電勢差，將鐵和碳浸泡在廢水中，形成無數(shù)微小的腐蝕原電池，從而引發(fā)一系列的電極反應(yīng)和其他反應(yīng)，進(jìn)行有機(jī)物的降解。當(dāng)廢鐵屑浸沒在酸性溶液中，一方面，鐵屑中的純鐵和碳化鐵之間存在電勢差，形成無數(shù)微小原電池，純鐵為陽極，碳化鐵為陰極[6]，另一方面，加入活性炭之后，鐵屑與活性炭充分接觸，會形成宏觀原電池，其中鐵屑為陽極，活性炭為陰極，加強(qiáng)了電化學(xué)腐燭的程度，陽極發(fā)生氧化作用，陰極發(fā)生還原作用。電極反應(yīng)如下：

陽極：

陰極：

2H++ 2e-→ 2[H]→H2（酸性不曝氣）Eθ=0 V

O2+ 4H++ 4e-→2H2O（酸性曝氣）Eθ=1.23 V

O2+ 2H++ 2e-→H2O2（酸性曝氣）Eθ=0.86 V

O2+ 2H2O+4e-→4OH-（中性、堿性曝氣）Eθ=0.4 V

由于原電池作用，在鐵和碳之間形成微電流，在微電流的作用下，水分子被電解產(chǎn)生[O]，[O]可直接氧化降解有機(jī)物，或者進(jìn)一步反應(yīng)生成羥基自由基（·OH）等自由基[7]，從而氧化降解有機(jī)物。Fe表面、陰極反應(yīng)生成的 [H]及陽極反應(yīng)生成的Fe2+，具有較強(qiáng)的還原能力[8]，可使偶氮基斷裂、使染料的發(fā)色基團(tuán)被還原降解，達(dá)到脫色的目的。鐵碳微電解法通過氧化作用、還原作用以及一系列的絮凝沉淀作用、微電場作用，達(dá)到降解有機(jī)物的目的。

2 鐵碳微電解技術(shù)的研究進(jìn)展

2.1 新型填料的研究進(jìn)展

解決鐵碳微電解技術(shù)本身的問題，關(guān)鍵是填料的選擇。近年來，人們通過研究發(fā)現(xiàn)，在微電解填料中添加一些相對于鐵元素來說的惰性電極材料，例如錫、銅、鎳等，可以形成雙金屬還原體系，加強(qiáng)整個工藝的還原強(qiáng)度，加快有機(jī)物的降解速率。周榮豐[9]等過在鐵表面鍍銅形成Fe-Cu 雙金屬體系，結(jié)果表明，Cu 加入后提高了電化學(xué)效率，COD 去除率為85%，脫色率達(dá)到90%以上，廢水的可生化性得到大大提高。

2.2 新型反應(yīng)器的研究進(jìn)展

傳統(tǒng)的鐵碳微電解反應(yīng)器采用的一般是固定床反應(yīng)器，廢水從底部流入，向上經(jīng)過填料層進(jìn)行處理[10]，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，鐵碳反應(yīng)器運(yùn)行一段時間后，便會出現(xiàn)填料板結(jié)鈍化、鐵泥堵塞等問題，造成處理效果下降，要解決這一問題必須打破固定床，因此大量學(xué)者對此進(jìn)行了研究。張雷[11]進(jìn)行了內(nèi)循環(huán)式鐵碳微電解反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能研究的研究，結(jié)果表明，該反應(yīng)器的COD 去除率和色度去除率分別為67.77%和93.75%，并且連續(xù)運(yùn)行4個月并未出現(xiàn)填料板結(jié)鈍化現(xiàn)象。

2.3 新型聯(lián)合技術(shù)的研究進(jìn)展

2.3.1 鐵碳微電解-生物法的組合

早期的鐵碳微電解技術(shù)單獨(dú)使用時雖然脫色效果好，但是COD 去除率較低，經(jīng)過大量的國內(nèi)外學(xué)者的研究，探索出鐵碳微電解-生物法的聯(lián)合處理技術(shù)，鐵碳微電解技術(shù)作為預(yù)處理技術(shù)，可以大大提高廢水的可生化性，便于后續(xù)的生物處理進(jìn)行有機(jī)物降解。劉喆[12]等學(xué)者進(jìn)行了鐵碳微電解+A/O 工藝降解有機(jī)硅廢水COD 的研究，結(jié)果表明，該組合工藝的COD 去除率達(dá)到96%，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 鐵碳微電解-高級氧化法的組合

高級氧化法是一種通過催化劑、氧化劑或者借助微波、超聲波[13]等方法來降解有機(jī)物的一種污水處理方法，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的·OH 等自由基，可以高效氧化降解水中的大多數(shù)有機(jī)物，這種聯(lián)合工藝在國內(nèi)已有了較多的研究及應(yīng)用。肖揚(yáng)[14]采用鐵碳微電解耦合Fenton 法預(yù)處理甲硝唑制藥廢水，結(jié)果表明，組合工藝的COD 去除率為42.5%，較單一工藝高許多，并且處理后的可生化性得到大大提高。

3 鐵碳微電解技術(shù)在處理偶氮廢水上的研究進(jìn)展

3.1 H2O2強(qiáng)化鐵碳微電解技術(shù)

傳統(tǒng)的鐵碳微電解工藝在曝氣的條件下可以產(chǎn)生羥基自由基，但是數(shù)量極其微小，所以工藝上通常外加H2O2，使其形成Fenton 反應(yīng)。由于鐵碳微電解技術(shù)在反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的Fe2+，若此時加入H2O2則會與廢水中已存在的Fe2+形成Fenton 試劑，從而進(jìn)行高效的有機(jī)物降解。張孔亮[15]采用Fe/C微電解組合Fenton試劑處理偶氮廢水，結(jié)果表明，組合工藝的降解效果大大提高，脫色率和COD 去除率分別達(dá)到了97.09%和94.07%。

3.2 鐵碳微電解活化過硫酸鹽技術(shù)

在鐵碳微電解技術(shù)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Fe2+的催化作用下，過硫酸鹽會產(chǎn)生硫酸根自由基（SO4-·）[16]，其與·OH 有相當(dāng)?shù)难趸芰Γ^·OH其穩(wěn)定時間更長，可以對污染物進(jìn)行高效持續(xù)的降解。張鵬[17]采用鐵碳微電解填料活化過硫酸鹽降解活性黑 5 染料，結(jié)果表明，反應(yīng)過程中產(chǎn)生SO4-·和·OH，主要降解過程為SO4-·的氧化作用，其脫色率達(dá)到了87%以上；趙瑾[18]等學(xué)者采用鐵碳微電解活化過硫酸鹽處理實(shí)際印染廢水，結(jié)果表明，該工藝的COD 去除率和色度去除率分別可達(dá)64.6%和79.6%，處理后廢水的可生化性也得到提高。

3.3 臭氧-鐵碳微電解聯(lián)合技術(shù)

鐵碳填料的主要成分為零價鐵和活性炭，其與臭氧結(jié)合均能發(fā)揮協(xié)同作用，促進(jìn)臭氧產(chǎn)生羥基自由基[19]，從而提高處理效率。徐向枝[20]采用臭氧/微電解工藝處理活性偶氮染料廢水，結(jié)果表明，臭氧/微電解一體式工藝與臭氧與微電解分開組合的工藝相比，其運(yùn)行成本低切反應(yīng)速度快，并且顯著提高了廢水的可生化性。

4 結(jié)束語

鐵碳微電解作為一種新型的高效環(huán)保的廢水處理技術(shù)[21]，具有脫色效果好、工藝反應(yīng)成本低、工藝反應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)造簡單等特點(diǎn)，在偶氮廢水上的處理已有了較多的研究，但是現(xiàn)在仍然存在著填料易板結(jié)、鐵污染嚴(yán)重等問題。因此，在未來的研究中，鐵碳微電解應(yīng)在新型填料、新型反應(yīng)器以及與其他工藝聯(lián)用的方向發(fā)展，提高其處理效果，擴(kuò)大其適用范圍。