工业废水处理微电解技术
微电解技术又叫作铁碳内电解技术，该技术以铁屑等金属材料和炭颗粒等非金属材料分别作为阴极和阳极来构造原电池产生Fe2+和OH-，利用Fe2+和OH-的氧化还原作用将工业废水中的大分子有机物分解为小分子有机物，同时在原电池产生的微电场作用下使得带电的颗粒向着阴极进行迁移和富集，此外，Fe2+和OH-通过氧化还原反应能够使得附着在污染物上的带电颗粒失稳并形成含Fe3+的絮凝物进行沉淀。在实际应用微电解技术处理工业废水时，通常，阴极材料为铁屑填充物，阳极材料为炭颗粒填充物，为了防治铁屑板结，通常在处理装置中还要增加曝气装置。微电解技术就是利用原电池产生的氧化还原降解作用、电场迁移作用以及Fe2+反应生成的Fe（OH）3、FeS、Fe32、Fe43等絮凝物的絮凝和吸附作用来实现对工业废水的脱色、降解和净化。
1、微电解技术的发展历程
微电解技术的整个发展历程分为发现、研究和改良三个阶段。微电解技术最早起源于发达国家提出的零价铁理论，并在发达国家地下水治理中得到了普遍的使用。20世纪70年代中叶，微电解技术开始受到科学家的关注，科学界也开始对其作用原理进行研究。随着关注度的增加和作用原理研究的不断深入，微电解技术被越来越广泛地应用在发达国家的地下水治理中。进入20世纪80年代，科研人员开始研究与开发微电解技术相关的新型填料和新型反应装置。同期，微电解技术进入我国，起初应用在地下水修复中，随着该技术的不断发展和突出优势的显现，其应用面不断地延伸和扩展。目前，微电解技术已经应用在喷漆电镀、造纸印染、制药医疗和能源石化等众多工业领域的废水处理中。
2、传统微电解技术及其弊端
传统微电解技术具有处理工艺简单、处理过程便于管理和处理成本低等优点，目前已经普遍地应用在低浓度工业废水处理以及高浓度和难降解工业废水处理中。试验研究和实践证明，传统微电解技术能够有效降低印染废水的毒性和化学需氧量（COD）浓度，对铜制品制备行业废水中Cu2+的去除率可高达95.6%，同时对制铜业废水中Zn2+和Pb2+的去除率也分别高达70.9%和91.8%。研究发现，微电解技术能够有效打破工业废水污泥的高分子聚合物结构，该技术处理后的工业废水污泥的絮体结构和脱水性得到一定程度的改善，同时，微电解技术对工业废水中重金属离子也有较好的去除能力。然而，传统微电解技术也存在一些弊端：阴阳极填料均是表面与废水接触，随着反应的进行，污染物附着于填料表面，容易导致填料表面出现板结问题；处理效果容易受到工业废水pH的限制；传统微电解技术的反应器多为固定床和单层曝气结构，自身结构设计存在弊端，造成水体的流动性较差，容易导致填料表面板结。
3、新型微电解技术的研究进展
3.1 阴阳极填料的改良研究
近年来，科研人员主要从微电解技术阴阳极填料成分构成、铁填料形态及价态、炭填料颗粒及微观空间构型三个方面对阴阳极填料进行改良研究。
3.1.1 阴阳极填料成分构成
科研人员在传统微电解技术阴阳极填料的基础上有目的地加入了黏土或者聚四氟乙烯等具有优良吸附能力的材料，使得阴阳极填料的成分和空间分布发生了变化。传统阴阳极填料中，铁屑和炭颗粒均通过物理表面与工业废水直接接触，添加黏土或者聚四氟乙烯后，黏土和聚四氟乙烯吸附于铁屑和炭颗粒表面，将铁屑和炭颗粒包裹起来，使得铁屑和炭颗粒与工业废水的接触面积减小，铁屑和炭颗粒的反应溶解速率变得缓慢，与此同时，黏土和聚四氟乙烯等的加入能够有效抑制阴阳极填料表面由于处理时间延长而形成钝化层。
3.1.2 铁填料形态及价态改良
科研人员采用金属玻璃铁料和Fe3O4等取代传统填料中的铁屑，使得反应器阴极中铁填料的形态和价态发生了改变。科研人员通过试验证实，改良后的反应器阴极填料表面钝化层的附着能力明显下降，阴极填料的活性得到有效改善，同时，改良后的铁填料在满足原电池阴极构造需求的基础上还具备了充当阴极填料载体的能力。
3.1.3 炭填料颗粒及微观空间构型改良
科研人员用炭粉末或者炭涂层等取代炭颗粒，使得炭填料的颗粒直径和微观空间构型发生了变化。改良后，炭填料的比表面积大幅提升，使得阳极填料中炭与工业废水中污染物得以充分接触，使得反应器的废水处理速率显著提升。
3.2 反应装置的改良研究
针对新型反应装置的改良研究，近年来，科研人员研究的方向之一是对反应装置进水方式进行优化。在此方面，科研人员主要对反应装置的布水方式进行改进，以增大废水与阴阳极填料的接触反应时间，使得处理效率和铁炭填料利用率得以提升。针对反应装置进水方式的优化，近年来出现了一种新型反应装置，如图1所示。
该新型反应装置工作时，工业废水被泵入反应装置的内部循环管道中，同时与底部空气管道泵入的空气有效混合，再被反应装置下面的布水板充分地分布开来，随着工业废水的不断泵入，废水液面不断升高，在此过程中，废水与反应装置中的铁炭填料有效接触和反应，最终净化后的废水从反应装置的出水口溢流而出，便完成了对工业废水的处理。该新型反应装置运转期间，内部循环管道中的高速空气流动可以对铁炭填料进行有效搅动，使得被洗涤活化后的铁炭填料在空气压力作用下又回到填料顶层，实现了填料的循环利用。研究人员将该新型反应装置应用于印染废水的处理中，试验结果表明，经过该新型反应装置处理后，废水的COD去除率为73%，色度去除率为98.5%，相比传统反应器分别提高了50%和58.5%。
3.3 微电解技术新型工艺的优化研究'
3.3.1 微波耦合工艺
微波耦合工艺借助微波技术的快速加热作用将废水中的大分子有机污染物断裂成小分子实现对废水的降解和消毒，同时微波技术能够有效削弱微电解反应强度，从而控制反应处理速率，有效克服填料表面板结堵塞问题，使得处理后废水的可生化性明显改善。研究人员将微波耦合工艺应用于高浓度含油工业废水处理中，试验证明，处理后的废水中油污含量降低了95.5%，腐蚀性细菌含量降低了96.5%，悬浮固体颗粒物含量降低了98.3%，处理后的废水腐蚀性降低到0.025mm/a，处理后废水水质达到了理想预期。
3.3.2 电场耦合工艺
电场耦合工艺通过施加外部电场的方式在微电解反应器中创造出一定强度的电位差，利用电位差作用削弱微电解反应强度，实现对处理过程的有效控制。研究人员将电场耦合工艺应用于工业废水处理中，发现电场耦合工艺可以有效地抑制填料表面出现板结和堵塞现象，研究还证实，电场耦合工艺在碱性和中性环境中也具有理想的处理效果，适用于不同pH工业废水的处理，经过电场耦合工艺处理后，废水的可生化性得到显著改善，电场耦合工艺是一种稳定、高效、适应面广的新型微电解工艺。
3.3.3 添加其他金属工艺
向传统微电解反应体系中添加其他金属也是科研人员研究的一个方向，通常加入的金属有Zn、Al、Cu等，旨在扩展微电解反应体系中原电池的数量和密度，从而增强反应处理效率。研究人员在传统微电解材料中加入锰粉末制成锰铁炭新型微电解填料，科研人员将此新型填料应用于浓度1000mg/L的苯二酚工业废水处理中，试验结果证明，处理后，废水中苯二酚的含量降低了95.6%，处理效果相比传统微电解技术得到了明显改善，而且其适用于不同pH的工业废水处理中。科研人员还选取少量的羟甲基纤维素钠充当致孔剂，然后取相同质量的碳和铝粉末混合，在1000℃下烧结2h制成碳铝混合颗粒，然后利用制备的碳铝烧结颗粒制成微电解反应器阳极填料，对酸性工业废水进行处理，处理后，废水的色度下降90%，COD下降68.2%，废水pH为10～11，处理效果达到理想预期。
