铁碳微电解材料钝化板结机理分析

影响铁碳微电解技术应用的主要因素：铁碳两种元素的配比、催化剂成分的选定、材料的外形、反应装置布水布气、反冲洗的设计等。

理论上铁碳的电极对最佳摩尔比是1:1，因此质量配比是4.6:1，即每1kg铁碳微电解材料中铁的重量为0.82kg，碳的重量为0.18kg，但是在实际烧结过程中，碳含量超过一定比重后无法成形，所以碳含量普遍较低，一般不超过10%。因此，多数铁碳微电解材料铁的重量占88~90%，碳的重量占比8~10%，催化剂含量2~4%。在工程应用中，由于铁碳无法按1:1配成电极对，碳率先被消耗，导致铁的残留，在废水中与O₂和OH^-反应快速生成Fe₂O₃和Fe(OH)₃，不断累积导致表面钝化、板结，最终无法实现原电池反应，需更换铁碳材料。

如果材料本身配比合理，但是材料的外形设计不利于反冲洗装置将表面Fe(OH)₃冲洗，长期滞留在材料表面也会导致钝化、板结。如果反冲洗装置设置不合理或未设置，也会导致钝化、板结。

我司从材料配比（铁占80~82%，碳占14%~15%，催化剂占4~5%）、规整的外形设计（球形）、科学的反冲洗装置上实现有效统一，可以确保工程应用上长期稳定运行，定期补充消耗的材料即可。

国泰环境公司铁碳微电解工艺技术介绍

铁碳微电解是基于电化学中的原电池反应，在废水PH=3~4的条件下，由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差，废水中会形成无数的微电池系统，在其作用空间构成一个电场。阳极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力，可使某些有机物还原，也可使某些不饱和基团(如羧基—COOH、偶氮基-N＝N^-)的双键打开，使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外，二价和三价铁离子是良好的絮凝剂，特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性，调节废水的pH可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子，可进一步降低废水的色度，同时去除部分有机污染物质使废水得到净化。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下，这些活性成分均能与废水中污染物发生氧化还原反应，使环状和长链有机物发生开环断链等反应，提高废水的可生化性。

铁碳微电解同时实现氧化、还原、絮凝吸附、沉淀等作用，对COD、氨氮、氰、酚、有机硫化物等均有显著的去除作用，该技术具有适用范围广、处理效果好、运行成本低、操作维护方便、稳定性高等优点，在工业废水处理中得到广泛应用。

① 铁碳微电解材料具有如下被证实了的功能：

A、开环、断链、提高可生化性。有机物参与阴极的还原反应，使官能团断链降解，COD降低，废水的可生化性(B/C值)提高，同时有机物双键或其他共轭键断开后，发色基团减少，降低了废水色度。

B、除杂原子（如硫、磷、卤等）。含杂原子（如S）有机物经开环、断链及进一步反应后，杂原子转化为无机物（如硫化氢、硫化钠等），最终与铁反应生成生成硫化铁沉淀得以去除，Fe²⁺+S^2-→FeS↓。

C、产生∙OH羟基自由基将氨氮氧化成N2，零价铁及氢气将硝酸盐还原成N2，去除氨氮总氮效果明显。

6·OH+2NH₃→N₂↑+6H₂O

5Fe⁰+2NO₃^-+12H⁺→5Fe²⁺+N₂↑+6H₂O

Fe⁰⁺H₂O→Fe²⁺+H₂↑+2OH^-，2NO₃^-+5H₂→N₂↑+4H₂O+2OH

D、除重金属离子：例如铜离子等，铜被置换截留于铁碳微电解材料表面，从废水中分离，得以净化。六价铬在酸性条件下得到电子，被还原为三价铬，出水调PH至7~8，生成沉淀分离去除。

Cu²⁺+Fe→Cu↓+Fe²+

Cu²⁺+Fe²⁺→Cu↓+Fe³⁺

Fe³⁺+3OH^-→Fe(OH)₃↓

Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺→2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

Cr³⁺+3OH^-→Cr(OH)₃↓

E、破乳除油：废水的胶体粒子和微小分散的污染物受电场作用，产生电泳现象，向相反电荷的电极移动，并聚集在电极上形成聚集体（如微小油粒聚集成油滴上浮）与水分离，出水油含量可降至1mg/L以下。

F、混凝：阳极反应后生成的新生态Fe³⁺、Fe²⁺经加碱中和形成新生态的Fe(OH)₂、Fe(OH)₃，具有极强的吸附能力，能吸附废水中的悬浮物颗粒、部分有色物质以及电解产生的部分不溶物，絮凝成团后沉淀，起到较好的絮凝作用。

G、加成断链提高可生化性：阴极生成的氢原子，具有很强的加成还原作用，可与长链、环状大分子有机物反应，将有机物断链开环，提高废水可生化性。

② 我司FCM-IV创新铁碳微电解材料主要特点及技术优势

A、专为高难度废水治理研制生产

FCM-IV铁碳微电解材料是最新一代微电解环保填料（专利号：ZL200910198628.6），外观为规整球形，颗粒尺寸为Φ12~18mm，与废水反应活性强，处理效果好。

B、微孔发达堆密度低

堆密度可以达到1.2~1.4g/cm3，微孔发达，比表面积大，反应活性强；采用高温磁化构架、微孔活化技术，表面Zeta电位高，能大幅度降低污染物开环、断链及降解反应的活化能，提高反应速率和净化效率。

C、规整球形结构传质效率高，反应更彻底，易于反冲洗

采用规整球形结构，填充空隙更均匀，废水与颗粒表面接触更充分，传质效率更高，反应更彻底；低密度，定期反冲洗更容易，使用管理更方便。

D、内部均匀分布，电化学反应效率更高

生产加工采用纳米级原料混合成球，铁-碳-M元素混合均匀，正负电极对数量更巨大，放电反应过程电子传递阻力更小，反应更高效，除污、解毒、降解能力更强，净化效率更高。

E、不钝化、不板结、不堵塞

电解正负极材料及催化元素的有机结合，在单个颗粒内同时形成无数个正负电极对，使放电反应永远畅通无阻，电极之间间距短，放电阻力小；由于正负电极对一体化可以反冲洗，从根本上避免微电解材料表面致密氧化物形成和钝化现象的发生，真正实现不钝化、不板结、不堵塞的效果，长期维持稳定活性。

F、消耗量小，运行成本低

催化反应活性强、放电反应效率高，去除单位COD微电解材料消耗量少，产生污泥量小，处理成本低。

G、预处理（解毒）作用稳定确保后续生化高效运行

加药及芬顿氧化等预处理工艺在来水水质波动时反应条件控制往往滞后，

不能充分保障出水水质，容易对后续生化处理造成破坏性影响（这也是以往高

浓度有毒工业废水生化系统难以稳定高效运行的根本原因）。FCM-IV铁碳微电解材料采用滤床方式，来水水质波动对出水水质影响小，能充分确保出水水质

可生化性满足后续生化处理要求，维持生化处理单元平稳高效运行，最终确保

出水达标。

③铁碳微电解工艺路线：