微电解反应器

微电解反应器（又称铁碳微电解反应器、内电解反应器）是一种无需外接电源、利用铁-碳填料自身电位差形成无数“微原电池”的高级氧化预处理设备，广泛用于高 COD、高色度、难生物降解的工业废水。以下从原理、结构、运行参数到应用案例做一个系统介绍。

一、工作原理  

1. 微原电池效应  

   铁（阳极）与碳（阴极）存在 0.9–1.7 V 的电位差，在酸性电解质溶液中形成无数微小原电池：  

   - 阳极：Fe – 2e⁻ → Fe²⁺  

   - 阴极（酸性）：2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑  

   - 阴极（曝气）：O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O  

   生成的 Fe²⁺、·H、·OH 等活性物种可断链、开环、脱色、解毒，并把大分子有机物转化为可生化的小分子物质。

2. 协同作用  

   - 氧化还原：破坏发色基团，提高 B/C 比；  

   - 电絮凝：Fe²⁺/Fe³⁺ 水解生成 Fe(OH)₂/Fe(OH)₃，网捕、共沉 SS、重金属；  

   - 吸附截留：多孔铁碳载体吸附部分有机物和油类。

二、结构与组成  

1. 罐体  

   圆形或方形，材质常用玻璃钢（FRP）、碳钢衬塑或 304/316L 不锈钢，耐 pH 1–14。  

2. 功能层  

   - 布水系统：穿孔管或旋流布水器，保证均匀流态，避免短流。  

   - 布气系统：穿孔曝气管或旋转曝气组件，溶解氧 2–4 mg L⁻¹，防止填料板结并提供阴极氧化剂。  

   - 填料层：高度 1.2–2.0 m，填充铁碳微电解填料（Fe≈75 %，C≈15 %，催化剂≈10 %），孔隙率 65 % 以上，比重 1.1–1.3 t m⁻³，寿命 6–8 年。  

   - 承托层：鹅卵石或 ABS 格栅，防止填料流失。  

3. 辅助单元  

   - pH 调节：进水硫酸调 pH 2–4；出水 NaOH 回调至 7–9，促成絮凝沉淀。  

   - 反冲洗/提升系统：定期气水联合反冲，防止堵塞。  

三、设计运行参数（工程常用值）  

- HRT：45–90 min（视 COD 负荷及目标去除率而定）  

- 气水比：3–5 : 1（体积比）  

- Fe-C 填料投加量：1–1.5 m³ 填料 / (m³·h) 水量  

- 进水 pH：2.5–4.0  

- 出水提升 pH：8.5–9.0（形成铁泥）  

- COD 去除率：40 %–70 %，色度去除率：60 %–90 %，B/C 可提高 0.1–0.3。

四、应用领域与典型工艺组合  

1. 典型废水  

   - 染料、印染、化工、制药、农药中间体  

   - 焦化、煤气化、酚醛树脂  

   - 电镀线路板、含油乳化液、皮革、造纸黑液  

2. 工艺组合  

   - 微电解 → 中和沉淀 → 生化  

   - 微电解 → 芬顿 → 沉淀 → 深度处理（RO/臭氧/活性炭）  

   - 微电解 + 电催化氧化：进一步提高难降解物去除率。

五、优缺点  

优点  

- 无需外接电源，运行成本低（仅消耗铁碳填料和酸碱）；  

- 集氧化/还原/絮凝/吸附于一体，一次性投资低；  

- 模块化、撬装化，占地小，可间歇/连续运行；  

- 对色度、毒性削减显著，为后续生化创造有利条件。  

局限  

- 需要严格 pH 控制，设备需防腐；  

- 长期运行填料会板结、钝化，需要定期反洗或补充；  

- 产生含铁污泥（铁泥），需要脱水处置；  

- 对高盐高氯废水需评估填料腐蚀速率。  

六、技术升级方向  

- 多元催化铁碳：在 Fe-C 基础上掺杂 Cu、Mn、稀土，提高电位差和催化活性；  

- 动态流化床微电解：通过气升或机械搅动实现填料流态化，彻底消除板结；  

- AI 加药与在线 pH/ORP 控制：实时优化反应条件，降低药剂 10 %–20 %；  

- 与电-Fenton、臭氧、光电催化等深度氧化技术耦合，实现“预处理-深度处理”一体化。

一句话总结：微电解反应器利用“铁-碳原电池”在酸性条件下自发生成强还原/氧化物种，可高效断链、脱色并改善可生化性，是处理高浓度难降解工业废水的经济、可靠、易工程化的首选预处理技术。