微电解反用机理及反应器研究进展姜国保（中国环境管理干部学院环境工程系河北秦皇岛 066004）【摘要】微电解技术主要是通过具有不同电极电位的金属与金属(或非金属)形成微电池，利用其产生的电池效应来实现废水处理的目的。
本文从电极反应、氧化还原反应、絮凝沉淀作用、微电场作用四个方面论述了微电解技术的作用机理，为实际运行工作提供了理论依据。
综述了目前国内外主要微电解反应器的类型与应用状况。
并对微电解技术以及微电解反应器的发展方向进行了展望。
【关键词】微电解反应机理反应器发展方向【中图分类号】X703.1 【文献标识码】AResearch on micro-electrolysis mechanism and reactor Abstract：Mainly through of the micro-electrolysis technology is that with different electrode potential of metal and metal (or metal) to form micro-battery, and industrial wastewater’s treatment is based on this battery effect .This article discoursed the micro-electrolysis technology’s mechanism of action from the electrode reaction, oxidation-reduction reaction, flocculation precipitation reaction and electric micro-field reaction four aspects and provided theoretical foundation for the actual motion .Summarized the main micro-electrolysis’s reactor type and application status at home and abroad. And micro-electrolysis technology and the micro-electrolysis reactor’s development is fo recast.Keyword：Micro-electrolysis reaction mechanism Reactor Development direction引言：微电解又称内电解、零电解等。
微电解技术首次应用在印染废水的治理，并取得了巨大的成功，从而为世界环保界所关注。
微电解技术主要应用机械工业中产生的价格低廉的废铁屑为原材料，有利于实现废物的合理利用，达到可持续的目的，是真正的“环境友好型”技术[1]。
目前该技术已广泛应用于冶金、印染、化工、电镀、制药、造纸[2-11]等领域废水的处理，并取得了较好的效果。
与其它水处理技术相比，微电解技术具有运行费用低、工艺流程简单、使用寿命长、普遍适应性强等诸多特点。
但是，该技术处理废水的机理一直没有的到统一的认识，在实际运行当中缺少理论支持。
笔者从电极反应、氧化还原反应、絮凝沉淀作用、微电场作用四个个方面论述了铁碳微电解技术的作用机理，为实际运行工作提供了理论依据。
简述了微电解反应器在国内外应用研究进展，并对该技术现存的问题以及研究发展方向进行了展望。
1微电解技术的基本原理微电解技术是利用工业铸铁屑为原料，基于金属腐蚀电化学原理所引起的物理、化学、电化学综合作用，达到处理多种废水的目的。
微电解技术主要利用铸铁屑表面化学成分不均匀性以及金属组织不均匀性构成的微原电池对废水进行处理。
将具有不同电极电位的铸铁屑与其它金属或非金属直接接触，在传导性好的电解质溶液（含Cu2+、Cr6+、Ni+等废水）中通过形成的宏观原电池及微观原电池产生的电池效应达到废水的处理目的。
微电解的具体作用机理有以下几种：1.1电极反应铸铁屑主要由纯铁（Fe）和碳化铁（Fe3C）组成。
其中Fe3C以极小的颗粒分散在铁屑内，由于两者间存在明显的氧化还原电位差，因此可形成无数个微原电池。
在废水中电极反应如下：阳极（Fe）： 2Fe→2Fe2++4e-，Ф（Fe2+，Fe）=0.44V阴极（Fe3C）：4H++4e-=[4H]→2H2, Ф（H+，H2）=0.00V当废水中有溶解氧存在时：O2+2H2O+4e-→4OH-,Ф（O2，OH-）=0.40V1.2氧化还原作用上述微电解电极反应产生的新生态[H]、HO·、Fe2+等具有很强的氧化或还原能力。
这些物质能迅速与废水中的污染物发生羟基取代反应、脱氧反应和电子转移反应等诸多氧化或还原反应。
从而破坏污染物质分子结构，改变其周围环境，达到治理废水的目的。
1.3絮凝沉淀作用废水中的Fe2+被氧化为Fe3+，H+也被大量消耗，溶液PH值逐渐升高。
在适合PH值条件下，微电解反应体系中将产生大量Fe（OH）2、Fe（OH）3等性能良好的絮凝剂。
这些良好的絮凝剂对废水中的胶体颗粒物、不溶性悬浮物等均具有良好的絮凝沉淀效果，以此达到废水处理的目的。
1.4微电场作用铸铁屑与废水接触式时，碳的电位高为阴极，铁的电位低为阳极。
它们之间可形成无数个微原电池，在其周围形成一个电场。
此时分散在废水中的胶体粒子、极性分子、细小污染物在电场作用下会产生电泳，通过静电力、表面能的作用被凝聚和富集，形成大颗粒后沉淀去除。
另外，李天鹏[12]等研究将微电解反应体系分为一元、二元、三元（或以上）等体系。
一元反应：利用铸铁屑中纯铁和碳化铁形成的无数微电池，产生电池效应实现对废水的处理。
二元反应：向一元微电解反应体系中投加另外一种金属（如Cu）或非金属（如C）或在填料表面镀上适当比例的另外一种还原电位高的金属（如Ni、Ti、Pd），形成二元微电解反应体系，使宏观电池及微观电池的数目成倍增加，达到提高处理效果的目的。
三元（或上）：继续向二元微电解反应体系中投加金属或非金属，构成三元（或以上）微电解反应体系，可使电子受体成倍增加，且污染物向电极表面的传质速率明显加快，从而提高处理效率。
文善雄[13]等研究将微电解作用机理概括为：电场作用、电极反应、氧化还原反应、铁离子的络和作用、物理吸附（在弱酸性溶液中，由于铸铁屑是一种多孔性的物质，与其他的微碳粒一样，都具有较强的活性，能吸附多种金属离子及废水中的有机污染物，达到净化废水的目的。
）、电子传递作用（铁是生物氧化酶中细胞色素的重要组成部分，通过Fe2+、Fe3+之间的氧化还原反应进行电子传递。
微电解出水中新生态的铁离子能参与这种电子传递，对反应有促进作用）。
2.微电解技术研究的主要方向2.1设计新型科学的微电解反应器微电解技术虽得以在工程上广泛应用，但由于反应器本身的缺陷，致使在工业废水中常常存在：工程放大后，处理效果下降；日常维护及运行成本高；能耗高；处理效果低等问题。
普通的微电解反应器存在着诸多不足之处，使反应过程的混合、传质、扩散不能正常进行，从而增加总的投资费用。
然而微电解技术正因为它的低能耗、高效率才被得以广泛应用的。
所以改进现有的微电解反应器，设计出新型科学的微电解反应器势在必行。
现在也有一些新型的微电解反应器。
这些反应器较普通的反应器无论是能耗还是在板结问题上都有新的进展。
如磁混凝微电解反应器[14]、曝气固定床微电解反应器[15]、滚筒式固定床微电解反应器[16]、立式分级膨胀床微电解反应器[17]。
以上都是新型的固定床微电解反应器。
相比较而言，滚动床处理效果较好，但动力消耗大；立式分级膨胀床反应动力效果较好，但其设计复杂。
另外，还有一些新型的流化床微电解反应器。
如铁碳微电解流化床反应器[18]、转鼓式微点解流化床反应器[19]、卧式分级搅拌微电解流化床反应器[20]、气升式微点解环流反应器[21]等。
这些新型流化床微电解反应器各有特点，混合动力各不相同。
分级搅拌混合效果好，有效防止了死角；下部曝气可促进流化效果；气升式环流反应器动力设备简单、维修方便。
综上，各种新型的反应器都有各自的优点，但是也客观存在一些缺陷。
磁混凝微电解反应器、曝气固定床微电解反应器、滚筒式固定床微电解反应器等，能有效防止板结，但高能耗不可避免；铁碳微电解流化床反应器反应器、转鼓式微点解流化床反应器、卧式分级搅拌微电解流化床反应器等，综合处理效果好，但是存在设计复杂、安装维修不方便等缺陷。
所以，今后一种低能耗、高效率、动力设备简单、占用空间小、维修方便的微电解反应器是我们研究与研发的重要方向。
2.2微电解工艺与其他工艺联动将微电解技术与其它工艺联用不仅能够提高污染物的去除率，而且相对运行成本也降低了很多。
例如一些生物法处理废水时常常面临BOD5/COD cr过低的情况，此时用微电解工艺做预处理，将大大增加废水的可生化性。
徐续[22]等采用微电解与Fenton 法结合的工艺及进行化工废水的处理。
实验表明，进水PH值为2-4时，控制好Fenton 进水的H2O2和Fe2+浓度，总停留时间3h后，废水中硝基苯类化合物的去除率可达90%，苯胺类化合物的去除率可达70%，COD cr去除率可达65%以上，BOD5/COD cr可由0.1升至0.3以上。
贾丹[23]等对采用微电解—UASB—SBR工艺处理企业排放的高浓度酸性糠醛废水进行了试验研究。
研究结果表明，采用以活性炭和废铁屑为阴、阳极的微电解预处理糠醛废水，COD cr的去除率达到30％，再利用厌氧一好氧法进一步处理微电解出水，COD cr、BOD5总去除率达到99％以上。
王茹[24]采用铁炭微电解一Fenton一PACT法处理染料中间体生产废。
实验表明，在进水COD cr为8000mg／L左右时，经该工艺处理后出水水质指标达到污水处理厂接管标准，其中COD cr去除率超过89％。
3.结语铁碳微电解工艺已成功应用于多行业废水的处理工程。
实际运行结果表明，该工艺可去除多种废水中的多种污染物。
该工艺投资费用低，工艺过程简单。
不需额外投加化学药剂，污泥产生量低。
并且该工艺是“以废治废”的“环境友好”型工艺，具有极为宽广的工业应用前景。
铁碳微电解工艺的普适性强，能处理多种废水。
今后微电解工艺有可能成为处理各种工业废水的一大核心工艺；一种低能耗、高效率、动力设备简单、占地面积小、维修方便的微电解反应器行业也将成为一项朝阳产业。
参考资料[1]李旭东杨芸废水处理技术及工程应用[M]北京：机械工业出版社，2003：166[2]罗旌生铁碳微电解法处理染料生产废水[J]水处理技术，2005,31(11 )[3]张胜田微电解工艺处理染料工业废水研究[J]环境科学与管理,2006,31 ( 9)[4]任拥政铁碳微电解对造纸黑液的脱色处理[J]水处理技术，2006，32 ( 4 )[5]张文艺微电解一混凝一SBR法处理焦化废水[J]中国给水排水，2003，19( 7)[6]陈凌铁炭微电解法处理镀锌废水[J]当代化工2008,37(5)[7]陈欣义铁碳微电解处理电镀前处理废水的试验研究[J]广东化工2008，35（9）[8]吴少杰铁屑滤料微电解法处理高浓含铬废水试验[J]中国给水排水2002，18[9]杨健微电解预处理难降解有机废水的研究进展[J]工业用水与废水2008，39（5）[10]夏静芬铁炭微电解法处理草甘磷农药废水的研究[J]浙江万里学院学报2007，2 0(5)[11]史敬伟杨晓东铁炭微电解法预处理制药废水的研究[J]辽宁化工，2006，3 5 (4)[12]李天鹏荆国华周作明微电解技术处理工业废水的研究进展及应用[J]工业水处理2009，29（10）[13]文善熊等浅谈微电解技术研究进展[J]甘肃科技2006，26（5）[14]朱又春林美强用于废水微电解一磁混凝净化处理装置中微电解反应嚣[P]C N：2498143Y 2002--7—3[15]陈启松催化微电解装置[P]C N:2448821 Y，2001—9—19[16]罗斌华刘巍处理陶瓷合酚度水的铰发微电解装置及方法[P]CN：101244854A 2008~I-20[17]王健全朱诚立式膨胀床微电解催化氧化反应器[P]CN：291334 5Y 2007-6-20．[18]詹津奇詹伯君铁碳微电解流化床设备[P]CN：2564554Y，2003-8-6．[19]曲久辉刘海宁一种转鼓式擞电解度水处理反应装置[P]C N：1789155A 2006—6—21[20]傅雁卧室截电解催化氧化反应器[P]CN：25139823 2002-10-2[21]梅凯王珊连续铰碳微电解流化床设备[P]CN：2010986133 2008—8 — 13[22]徐续操家顺常飞铁炭微电解—Fenton试剂氧化—二级A/O工艺处理化工废水工程实例[J]给水排水，2004, 3 0 ( 5 )[23]贾丹微电解—UASB—SBR法处理糠醛废水的试验研究[J]工业水处理2007,27(11)[24]王茹铁炭微电解-Fenton—PACT法处理染料中间体生产废水[J]环保科技2009，15（1）。
