微电解原理

⑴. 电场作用

    废水中的胶体粒子和细小分散的污染物一般都带有电荷，在微电场的作用下产生电泳，向相反电荷的电极移动，在电极上交换电子发生氧化还原和电中和等反应，并使胶体脱稳。例如利用使用微电解填料进行微电解处理污水的原理主要是依据下列反应(卤代烃以R-X表示)：

     阳极过程：  Fe → Fe2++2e                                

     阴极过程：  [R-X]+2e+H20 → [R-H]+X一+OH一                  

    脱卤过程中会有大量OH一产生，使附近溶液pH上升，若溶液偏碱性则在阳极铁表面形成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Ca(0H)2等沉淀物。研究结果表明使用微电解填料能与其中的13种卤代烃(12种氯代烃)发生反应；并且发现，铁屑对氯代烃的降解速度要比氯代烃的天然降解速度快得多(约快5～15个数量级)。研究还表明：其降解速度与铁屑含量和铁屑比表容积(单位体积的溶液所接触到的铁屑表面积)有关，即铁屑含量越多，比表容积越大，其降解速率就越快。废水中的氯代烃不仅难于生物降阶，而且对微生物的毒性也很大，零价铁对氯代烃的转化与脱氯作用可以大大提高废水的可生化性。

⑵. 氢、铁、Fe2+的还原作用

    铁是活泼金属，有较强还原能力，因而在偏酸性水溶液中能够发生如下反应：   

        Fe＋2H+＝Fe2+＋2［H］                        

电极反应和化学反应中得到的新生态氢[H]以及Fe和Fe2＋都具有很高的化学活性，能与印染废水中的许多污染物发生氧化还原反应。如使偶氮基断裂而破坏发色基团、使大分子降解为小分子，具有脱色和提高废水可生化性的作用，反应式为

        R—N＝N—R’＋4Fe2+＋4H20＝RNH2＋R’NH2＋4Fe3+＋40H－ 

Fe和Fe2+也可将硝基化合物还原为胺基化合物等，同时提高了废水的可生化性。反应式为：

C6H5NO2＋3Fe＋6H+＝C6H5NH2＋3Fe2＋＋2H20

有研究认为Fe0在上述还原过程中具有反应物和由H2诱发的还原反应催化剂的双重作用。

    铁被氧化生成的Fe2＋也具有较高的还原性，可将氧化性较强的离子或化合物还原及某些有机物还原，对Cr(Ⅵ)的还原如下式所示。

     6Fe2＋＋Cr2O72一十14H十＝6Fe3+＋2Cr3++7H20

    铬由毒性较强的氧化态(Cr2O72－)转化成毒性较弱的(Cr3＋)还原态，并在后续碱中和的碱性条件下形成Cr(OH)3沉淀而得到去除。

    也有人利用铁屑的还原性来处理水中的硝酸盐和亚硝酸盐，还原产物为銨离子。

    Fe2+也具有还原性，E0(Fe3+／Fe2+)=0．771V，因而当水中有强氧化剂存在时，Fe2+可进一步氧化成Fe3十。

⑶. 铁离子的络合和混凝作用

    在酸性条件下，用铁-炭微电解处理废水时，会产生Fe2+和Fe3＋离子。新生态的Fe2+和Fe3+具有很好的絮凝作用，溶液在碱性条件下且有O2存在时，会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，反应式为

        Fe2+＋20H一＝Fe(OH)2                                     

        4Fe2+＋8 0H一＋02＋2H20＝4Fe(OH)3     

    生成的Fe(OH)2和Fe(OH)3的吸附能力高于一般药剂水解得到的Fe(OH)3吸附能力。同时其中的Fe离子能与许多有机物形成墨绿色的络合物。这样，废水中原有的悬浮物、胶体和油类等及通过内电解反应产生的不溶物和构成色度的染料及相当一部分水溶性有机物均可被其络合、吸附凝聚而从废水中分离去除。废水中具有负电位的油珠在外电场作用下，很快完成电泳沉积和聚结，经过Fe(OH)3絮状胶体的吸附与絮凝作用，除油率达到70％～80％。

⑷. 铁的置换作用

    铁是活泼金属，电极电位E0 (Fe2+／Fe)＝- 0．44V，它具有还原能力，可将在金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来而沉积在铁的表面，如镍、锡、铅、铜、银等；如用铝－碳填料，还可置换出锰、锌。当铁屑不断被腐蚀变成铁粉时，这些微小的沉积金属粉粒也一起随废水流出，而在后续的碱中和絮凝沉淀时一同被分离去除。

⑸. 沉淀与共沉淀作用

    微电解填料床出水加碱中和絮凝沉淀是微电解工艺中必不可少的组成部分，通常用石灰乳

［Ca(OH)2］作为中和用碱液，石灰乳本身就是一个助凝剂，它不仅价格便宜，而且形成的沉淀污泥也易于脱水，更重要的是Ca2＋能与许多污染物反应形成沉淀物而被分离除去，如S2－、PO43－、F－及磺酸基－SO3－等。

    微电池反应产物Fe2+和Fe3+也能通过沉淀反应去除某些无机物，以减少其对后续生化工艺段的毒害，如与S2一、CN一等反应生成FeS 、 Fe3[Fe(CN)6]2 （铁氰化亚铁）、 Fe4[Fe(CN)6]3 （亚铁氰化铁）等沉淀而被去除。            

    对于含有重金属的废水，重金属离子还可与铁离子形成稳定的铁氧共沉淀物而被去除；使用微电解填料进行微电解法不仅可以处理单一的含Cr6+的废水，还可以处理含Cr6＋、Cu2+、Ni2+、Zn2+、pb2+等多种重金属离子的综合性含金属离子的废水（如电镀、矿山等行业），无需分流，一次处理达标，大大地简化了处理流程，且处理后的水质稳定。处理后出水中的Cr6＋浓度有望达到0.3mg/L。Fe2＋的吸附和共沉淀作用也可经济地去除废水中的As、F，去除效果分别达到93％和99％。

    此外，沉淀后废水中残留的少量Fe离子对后续的生化处理过程有促进作用。

    使用微电解填料进行微电解法处理废水正是通过以上有关过程与机制共同作用的结果。

    归纳起来，使用微电解填料进行微电解技术处理废水的作用机制相当丰富，可以去除大量的COD，而且可以提高废水的可生化性，其脱色效果也十分显著；并且对各种金属离子都有极好的共沉淀去除效果，还能脱硫、磷，除氰、氟和去砷。使用微电解填料进行微电解工艺与后续生化处理单元的匹配性也相当好。不仅如此，微电解过程只消耗一些铁屑（废料）和酸（视废水而定，不一定是必须投加的）及碱［Ca(OH)2］，因此处理费用也相当低廉（通常只相当化学法的1／10～1／5)，投资和运行费用的经济性都很好。