申请日2012.03.21
公开(公告)日2012.08.15
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明提供了一种铁碳微电极，包括铁基材和悬挂于所述铁基材上的碳纤维。本发明将所述铁碳微电极直接静置于曝气后的污水中即可完成对污水的处理。本发明提供的铁碳微电极的微电解作用能够产生微电流、铁离子、活性自由基和高吸附性铁化合物等，其能够提高生物活性和有机物的可生化降解性，去除磷酸根、硫酸根和金属离子等无机离子，达到净化污水的目的;同时，悬挂于所述铁基材上的碳纤维具有高吸附性能和生物亲和性，其有利于微生物的栖居繁殖和形成复杂的微生物膜系统，能够去除有机物、氨氮、总氮和总磷等。因此本发明提供的铁碳微电极能够实现对污水中含氮污染物和含磷污染物的同步去除，且具有较高的有机物、氨氮和溶解性磷酸盐的去除率。
权利要求书
1.一种铁碳微电极，包括：铁基材和悬挂于所述铁基材上的碳纤维。
2.根据权利要求1所述的铁碳微电极，其特征在于，所述碳纤维为聚丙 烯腈基碳纤维、酚醛树脂基碳纤维或沥青基碳纤维。
3.根据权利要求1所述的铁碳微电极，其特征在于，所述碳纤维悬挂于 所述铁基材上的悬空的长度为5cm～50cm。
4.根据权利要求1所述的铁碳微电极，其特征在于，所述铁基材的材质 为纯铁或含铁合金;
所述铁基材为铁管、铁棒、铁线、铁丝或铁片。
5.根据权利要求1所述的铁碳微电极，其特征在于，所述碳纤维通过缠 绕、绑系或夹持的方式悬挂于所述铁基材上。
6.一种污水的处理方法，包括以下步骤：
a)将待处理的污水进行曝气，得到含有溶解氧的污水;
b)将权利要求1～5任意一项所述的铁碳微电极置于所述步骤a)得到的 污水中进行污水处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤b)前还包括步 骤：
向所述步骤a)得到的污水中加入碳源;
或用活性污泥对所述步骤a)得到的污水进行好氧预挂膜处理。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤b)还可以为：
将权利要求1～5任意一项所述的铁碳微电极安装于反应器中，得到铁碳 微电极反应器;
将所述铁碳微电极反应器静置于所述步骤a)得到的污水中进行污水处 理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述铁碳微电极在所述反 应器中的填充率为15%～85%。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述进行污水处理的时 间为10分钟～5个月。
说明书
一种铁碳微电极及污水的处理方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种铁碳微电极及污水的处理方法。
背景技术
随着社会的进步，人类生活水平的提高，各种工业污水、城镇生活污水 越来越多，这不仅造成了水资源的浪费而且严重影响了水体环境和城镇形象， 危机水体生物和人类的健康，因此需要对这些污水进行处理，使其符合国家 和地方标准。
微电解技术是目前处理高浓度有机污水的一种理想工艺，它是在不通电 的情况下，利用填充在污水中的微电解材料自身产生1.2V电位差对污水进行 电解处理，以达到降解有机污染物的目的。目前，微电解技术中最常用的微 电极为铁碳微电极，其电解反应如下：析氢腐蚀过程中，铁为阳极，其反应 方程为：Fe-2e-→Fe2+，碳为阴极，其反应方程式为：2H+2e-→2[H]→H2; 在有氧条件下铁碳微电极中的铁会发生吸氧腐蚀，反应过程为： 2Fe2++O2+4H+→2H2O+Fe3+，O2+4H++4e-→2H2O，O2+2H2O+4e-→4OH-。 由以上反应过程可知，铁碳微电极的电极反应会产生大量的Fe2+和Fe3+，其能 够与磷酸根、硫酸根等无机离子发生反应，去除溶解性磷酸根、硫酸根等， 还能还原部分有毒金属离子，达到解毒的作用，从而能够实现对污水的处理。
基于铁碳微电极在污水处理过程中显现的优异性能，其在垃圾渗滤液处 理、医药污水处理、印染污水处理、炸药污水处理和电镀污水处理中得到了 较广泛地应用。如，郭鹏等采用铁碳微电极-H2O2法对垃圾渗滤液进行预处理， 最终使得化学耗氧量(COD)和色度的去除率分别达到70%和90%以上，处 理过的水的可生化性由0.23增加到0.68(郭鹏，黄理辉，黄宝玉，等.铁碳微 电解-H2O2法预处理晚期垃圾渗滤液[J].水处理技术，2008，34(12)：57～60.)。杨 家村利用铁碳微电解法对医药污水进行预处理，使得污水的生化需氧量与化 学需氧量的比值(BOD5/COD)明显提高，酸度显著下降，达到了污水二级 排放标准(杨家村.铁碳微电解-生化法处理医药污水[J].环境卫生工程，2006， 14(3)：56～57.)。
上述文献中报道的铁碳微电极为颗粒或粉末铁碳填料构成的铁碳微电 极，这种铁碳微电极对污水的COD、硝基苯类化合物、色度、重金属等具有 较高的去除率，然而这种传统的颗粒或粉末铁碳填料微电解的方法无法达到 同步除去污水中含氮污染物和含磷污染物的效果，且对氨氮的去除率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁碳微电极及污水的处理方法，本发明提供 的铁碳微电极能够实现同步去除污水中含氮污染物和含磷污染物的效果，而 且其对有机物、氨氮、溶解性磷酸盐具有较高的去除率。
本发明提供一种铁碳微电极，包括：铁基材和悬挂于所述铁基材上的碳 纤维。
优选的，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、酚醛树脂基碳纤维或沥青基 碳纤维。
优选的，所述碳纤维悬挂于所述铁基材上的悬空的长度为5cm～50cm。
优选的，所述铁基材的材质为纯铁或含铁合金;
所述铁基材为铁管、铁棒、铁线、铁丝或铁片。
优选的，所述碳纤维通过缠绕、绑系或夹持的方式悬挂于所述铁基材上。
本发明提供一种污水的处理方法，包括以下步骤：
a)将待处理的污水进行曝气，得到含有溶解氧的污水;
b)将上述技术方案所述的铁碳微电极置于所述步骤a)得到的污水中进 行污水处理。
优选的，所述步骤b)前还包括步骤：
向所述步骤a)得到的污水中加入碳源;
或用活性污泥对所述步骤a)得到的污水进行好氧预挂膜处理。
优选的，所述步骤b)还可以为：
将上述技术方案所述的铁碳微电极安装于反应器中，得到铁碳微电极反 应器;
将所述铁碳微电极反应器静置于所述步骤a)得到的污水中进行污水处 理。
优选的，所述铁碳微电极在所述反应器中的填充率为15%～85%。
优选的，所述进行污水处理的时间为10分钟～5个月。
本发明提供了一种铁碳微电极，包括铁基材和悬挂于所述铁基材上的碳 纤维。所述铁碳微电极可用于污水处理，具体为：将待处理的污水进行曝气 得到含有溶解氧的污水后，将所述铁碳微电极静置于所述含有溶解氧的污水 中即可完成对污水的处理。在对污水进行处理的过程中，铁碳微电极产生微 电解作用净化污水的同时，悬挂于所述铁基材上的碳纤维能够捕捉和吸附水 体中的污浊物质与活性微生物形成碳纤维生物膜，与铁碳微电极的微电解共 同对污染的水体起作用：一方面，铁碳微电极的电解过程产生微电流、大量 的铁离子、活性自由基、高吸附性铁化合物等活性物质，能够提高生物活性 和有机物的可生化降解性，去除水中的磷酸根、硫酸根和金属离子等无机离 子;另一方面，碳纤维具有高吸附性能和生物亲和性，其微孔结构和高吸附 性尤其有利于世代周期较长的硝化菌的栖居繁殖和形成复杂的微生物膜系 统，形成的微生物膜能够快速地去除水中的有机物、氨氮、总氮和总磷等， 并且铁碳微电极电解产生的微电流和铁离子对碳纤维生物膜的功能具有促进 作用，提高了其对污水的处理能力，从而实现了同步去除污水中含氮污染物 和含磷污染物的目的，尤其对氨氮和溶解性磷酸盐具有较高的去除率。实验 结果表明，本发明提供的铁碳微电极对污水中总氮的去除率可高于35%，总 磷的去除率可高达100%，氨氮的去除率可达到98%，溶解性磷酸盐的去除率 为高于90%，另外，本发明提供的铁碳微电极能够除去污水中的总有机碳， 去除率可达60%。
另外，本发明提供的铁碳微电极的碳纤维用量少，且能重复利用;铁基 材的来源广泛，可利用废旧铁基材，价格低廉且处理成本低，从而降低了铁 碳微电极的制备和使用成本。本发明可以将所述铁碳微电极直接置于待处理 的污水中，也可以将其安装于反应器中后，将反应器置于待处理的污水中， 因此能够根据待处理污水的种类选择放置方式，能够更加方便地实现对污水 的处理，且在使用过程中所述铁碳微电极可随碳纤维的摆动脱落更新不易堵 塞，使得维护和管理更加方便，从而降低了投资和运行的费用。