Principio de la reacción de microelectrólisis hierro-carbono
La unión eléctrica de las limaduras de hierro al flóculo y su efecto catalítico sobre la reacción. El resultado de los efectos combinados de la aglomeración de los productos de reacción de la batería, la adsorción de nuevos flóculos y la filtración en lecho. Entre ellas, las funciones principales son la redox y la aglomeración eléctrica. Los principales componentes de la chatarra son el hierro y el carbono. Cuando se sumerge en la solución electrolítica, existe una diferencia de potencial de electrodo de 1,2v entre Fe y C, por lo que se forman innumerables sistemas de microbaterías, formando un campo eléctrico en su espacio de acción. La reacción anódica generará una gran cantidad de Fe2, que luego se oxida a Fe3 para formar un floculante con alta actividad de adsorción y floculación. La reacción catódica produce una gran cantidad de nuevos [H] y [O] ecológicos. En condiciones ácidas, estos componentes activos pueden sufrir reacciones de oxidación-reducción con varios componentes en las aguas residuales, lo que lleva a la escisión de la cadena y la degradación de macromoléculas orgánicas, eliminando así la materia orgánica, especialmente el color de las aguas residuales de impresión y teñido, y mejorando la biodegradabilidad de las aguas residuales. La reacción catódica consume una gran cantidad de H y produce una gran cantidad de OH-, lo que también aumenta el valor del pH del agua residual.
Cuando las aguas residuales entran en contacto con hierro y carbono, se producirá la siguiente reacción electroquímica:
Ánodo: Fe-2e——→Fe Eo(Fe/Fe)= 0,4
Cátodo: 2H 2e—→H2 Eo(H /H2)=0V.
Cuando hay oxígeno presente, la reacción catódica es la siguiente:
O2 4h 4e——→2H2O Eo(O2)= 1.23v
O2 2H2O 4e ——→ 4OH-Eo(O2/OH-)= 0.41V
En algunos experimentos, se agrega H2O2 después de la reacción hierro-carbono y el Fe2 generado por la reacción del ánodo se puede usar como catalizador. para el posterior tratamiento de oxidación catalítica, es decir, la formación del sistema de oxidación del reactivo de Fenton Fe2 y H2O2. La nueva ecología [H] producida por la reacción catódica puede sufrir reacciones de oxidación-reducción con varios componentes en las aguas residuales, destruyendo los grupos cromogénicos (como los grupos azo) en las moléculas intermedias del tinte, provocando su decoloración. A través de la reacción de aireación hierro-carbono se consume una gran cantidad de iones de hidrógeno, lo que aumenta el valor del pH de las aguas residuales y crea las condiciones para el posterior tratamiento de oxidación catalítica.
Basado en el principio de oxidación catalítica, agregar una cantidad adecuada de solución de H2O2 y reactivo formador de Fe2 en las aguas residuales tiene una fuerte capacidad oxidante y es especialmente adecuado para el tratamiento de aguas residuales orgánicas refractarias. El reactivo de Fenton tiene una fuerte capacidad oxidante porque el Fe descompone el HO para producir OH (radical hidroxilo).
Mecanismo de mejora del rendimiento bioquímico y eliminación de croma.
La microelectrólisis tiene un efecto evidente en la eliminación de croma. Esto se debe a que los nuevos iones de hierro divalentes ecológicos producidos por la reacción del electrodo tienen una fuerte capacidad reductora y pueden reducir los cromóforos nitro-NO2 y nitroso-NO de cierta materia orgánica a grupos amino-NH2 y otros grupos amino La biodegradabilidad de la materia orgánica. es significativamente mayor que el de la materia orgánica nitro. Los iones de hierro divalentes en la nueva ecología también pueden abrir los dobles enlaces de algunos cromóforos insaturados (como el carboxil-COOH, azo-N = N-), provocando la destrucción de los cromóforos y la eliminación de la cromaticidad. Algunos cíclicos degradados difíciles. , la materia orgánica de cadena larga se descompone en materia orgánica de pequeño peso molecular biodegradable, mejorando así la biodegradabilidad. Además, los iones de hierro divalentes y trivalentes son buenos floculantes, especialmente los iones de hierro divalentes recién nacidos tienen una alta actividad de adsorción y floculación. Ajustar el valor del pH de las aguas residuales puede convertir los iones de hierro en precipitados floculentos de hidróxido, adsorber partículas suspendidas o coloidales y polímeros orgánicos en las aguas residuales, reducir aún más el color de las aguas residuales, eliminar algunos contaminantes orgánicos y purificar las aguas residuales.
Desde su nacimiento, el tratamiento de aguas residuales por microelectrólisis ha atraído la atención de investigadores ambientales nacionales y extranjeros, ¡y se han realizado muchas investigaciones! Hay muchas patentes y muchos logros tecnológicos prácticos. En los últimos años, el tratamiento por microelectrólisis de aguas residuales industriales se ha desarrollado muy rápidamente. Se ha utilizado en proyectos de tratamiento de aguas residuales industriales, como impresión y teñido, galvanoplastia, petroquímica, productos farmacéuticos, lavado de gases, producción de placas de circuito impreso y fluoruro de arsénico. -Contiene aguas residuales y ha recibido buenos beneficios económicos y efecto de protección ambiental. El método de microelectrólisis tiene un buen efecto de tratamiento sobre la decoloración de las aguas residuales y tiene bajos costos operativos. Tendrá buenas perspectivas de aplicación industrial en nuestro país.
En la actualidad, los equipos de microelectrólisis nacionales y extranjeros son todos lechos fijos, que se caracterizan por una estructura simple y un buen rendimiento de flujo pistón. Sin embargo, existen muchos problemas prácticos: en primer lugar, la eficiencia no es alta. y la velocidad de reacción no es rápida; en segundo lugar, la cama es fácil de endurecer provoca cortocircuitos y zonas muertas; en tercer lugar, las limaduras de hierro aumentan la intensidad del trabajo;
Problemas existentes en el tratamiento de aguas residuales industriales mediante electrólisis interna
La electrólisis interna tiene diferentes mecanismos de acción sobre colorantes con diferentes estructuras y propiedades. Es necesario explorar más a fondo la decoloración y la reducción de la contaminación. mecanismo y el proceso de tratamiento óptimo. De acuerdo con las características de varios tintes, especialmente cuando se tratan aguas residuales de alta concentración, es necesario encontrar un proceso adecuado que combine coagulación, métodos bioquímicos y oxidación por aireación para superar de manera efectiva las deficiencias de la baja tasa de eliminación de este método.
Resuelve la contradicción entre la alta tasa de atenuación electroquímica de aguas residuales ácidas y la buena adsorción por electrodo y floculación hidrolítica de nuevos iones de hierro en aguas residuales ácidas neutras. Busque catalizadores y aditivos eficaces para aprovechar al máximo los mejores efectos de las velas de atenuación electroquímica y la adsorción por floculación dentro de un amplio rango de pH. Especialmente en aguas residuales ácidas, aunque la tasa de decoloración es alta, la cantidad de disolución de hierro y lodos es grande. Se deben tomar medidas efectivas para minimizar la cantidad de lodos, reducir el contenido de humedad de los lodos y evitar la contaminación secundaria. Elegir un método de activación adecuado para limaduras de hierro y diseñar un lecho filtrante razonable puede resolver las deficiencias de la fácil pasivación y aglomeración de limaduras de hierro que provocan la canalización del canal y mejorar la eficiencia del procesamiento.
Problemas y contramedidas
Como dispositivo de tratamiento de aguas residuales, el lecho de hierro necesita mejorarse aún más en la teoría y la práctica. En el funcionamiento real, de vez en cuando se producen fenómenos de pasivación del relleno, endurecimiento y "retorno" de agua, que deben resolverse adecuadamente en proyectos reales.
1) Efecto de pasivación sobre el relleno
Después de que el lecho de hierro haya estado funcionando durante un período de tiempo, se formará una película de pasivación en la superficie del relleno y las partículas suspendidas en las aguas residuales también se depositarán parcialmente en la superficie del relleno, lo que dificulta el contacto efectivo entre el relleno y las aguas residuales, lo que da como resultado una reducción en el efecto de tratamiento del lecho de hierro. El ciclo de funcionamiento del lecho de hierro debe determinarse en función de las condiciones operativas reales, que generalmente es de unos 20 días, y el tiempo de activación del remojo puede ser de 2 a 3 horas.
2) Respecto al problema del endurecimiento del embalaje
El endurecimiento del embalaje del lecho de hierro no solo provoca que se deteriore el flujo de aguas residuales en el lecho de hierro, sino que también reduce en gran medida el efecto del tratamiento. aumenta la dificultad de reemplazar el empaque.
Al agregar materiales auxiliares apropiados al empaque del lecho de hierro, se puede evitar de manera efectiva el fenómeno del endurecimiento del empaque y, al mismo tiempo, es beneficioso para el contacto total del gas, líquido y piedra de entintar sólida. mejorar el efecto del tratamiento. Los excipientes pueden ser esferas huecas poliédricas de polietileno X50.
El uso de equipos de lecho fluidizado también puede resolver el problema de la compactación del empaque en lecho de hierro. Sin embargo, la aplicación de tales dispositivos está limitada por los altos costos de inversión, los costos operativos y los requisitos de gestión operativa.
Después de que la columna electrolítica interna de hierro-carbono ha estado funcionando durante un período de tiempo, las limaduras de hierro tienden a aglomerarse y se produce un flujo en el canal, lo que afecta en gran medida el efecto del tratamiento. En la actualidad, Wu et al. utilizan tecnología de formación de agujeros de alta frecuencia para prevenir eficazmente la aglomeración de limaduras de hierro, pero esta tecnología requiere más investigación y mejora.
El reactor de lecho fluidizado de hierro y carbono se utiliza para pretratar aguas residuales de tinte, lo que supera las deficiencias de la superficie del reactor de hierro y carbono de lecho fijo que es fácil de pasivar, el relleno es fácil de aglomerar y el El efecto operativo disminuye gradualmente a medida que se extiende el tiempo de funcionamiento.
Después de realizar los ajustes adecuados en la estructura interna del reactor, el proceso tradicional de lecho fijo se puede convertir fácilmente en un proceso de lecho fluidizado. Esto no solo puede mejorar el efecto del pretratamiento, sino que también facilita enormemente la operación y la gestión operativa de la instalación.
3) Respecto al problema de la "reversión de color" del agua que sale del lecho de hierro.
Después de que un lecho de hierro decolora algunas aguas residuales de tinte, el color se intensifica gradualmente en un corto período de tiempo. En cuanto a la causa de este fenómeno de "reversión de color", generalmente se cree que el relleno del lecho de hierro reacciona con las aguas residuales, destruyendo los grupos cromogénicos o productores de color de las moléculas de tinte, pero las moléculas de tinte sólo se convierten en pequeños compuestos orgánicos incoloros. Moléculas. Estas pequeñas moléculas La materia orgánica molecular todavía existe en las aguas residuales, y esta pequeña materia orgánica molecular tiene una cierta tendencia a revertir las reacciones. Sin embargo, el autor descubrió mediante experimentos que para ciertos tipos de aguas residuales de tintes, el valor de pH para la neutralización y precipitación es 8-8. 5. Este fenómeno de "inversión de color" no solo se manifiesta en la profundización gradual del color de las aguas residuales, sino también en la turbidez gradual de las aguas residuales. Después de reposar durante mucho tiempo, aparecerá una pequeña cantidad de sedimento más oscuro. Después del análisis, se trata de precipitación de Fe (OH)3.
Este fenómeno es fácil de explicar: el Fe2 se oxida a Fe3 y las constantes del producto de solubilidad de sus productos de hidrólisis Fe(OH)2 y Fe(OH)3 difieren en más de 1021 veces.
Basándose en el análisis anterior, el autor cree que la eliminación completa de Fe2 agravará este fenómeno de "reversión de color" hasta cierto punto. Por lo tanto, para resolver el problema de la "reversión de color" del efluente del lecho de hierro, no sólo es necesario eliminar completamente la matriz de color en el proceso de tratamiento posterior, sino también ajustar el valor del pH por encima de 9 durante el proceso de neutralización y precipitación. para precipitar completamente Fe2 o agregar oxidantes apropiados (como O2, H2O2, O3), oxida rápidamente Fe2 a Fe3 y luego precipita en forma de coloide Fe (0H)3.
4) El método hierro-carbono se suele realizar en condiciones ácidas. Sin embargo, en condiciones ácidas, la cantidad de virutas de hierro disueltas es grande y se generan muchos precipitados cuando se agrega álcali para neutralizar, lo que aumenta la carga del proceso de deshidratación y hace que el tratamiento de residuos sea un problema difícil. Actualmente, la escoria residual generalmente se envía a ferreterías para su procesamiento o se mezcla con materiales de construcción.
Precauciones para la microelectrólisis hierro-carbono:
1. El embalaje de microelectrólisis debe ser impermeable y anticorrosivo antes de su uso. Una vez en funcionamiento siempre debe estar protegido del agua. No debe exponerse al aire durante mucho tiempo para evitar que se oxide en el aire y afecte su uso.
2. Se debe prestar atención a la aireación adecuada durante el funcionamiento del sistema de microelectrólisis, y no se permite la aireación repetida durante mucho tiempo.
3. El sistema no debe funcionar en condiciones alcalinas durante mucho tiempo;
4. Otras medidas preventivas pueden basarse en los principios básicos de la microelectrólisis. Primero se deben separar las aguas residuales aceitosas del aceite.
5. Para algunas aguas residuales especiales, el proceso de microelectrólisis de hierro-carbono solo puede romper la cadena, es decir, romper la cadena macromolecular en sustancias de cadena molecular más pequeñas, y la DQO aumentará en lugar de disminuir. . En este caso, el proceso Fenton servirá como complemento para conseguir mejores resultados de electrólisis.