工业废弃物制备多元催化铁碳微电解填料研究（一）

铁碳微电解法污水处理技术是利用铁碳微电解填料在污水中自身产生的氧化还原电位差，来对污水进行电解化学处理的技术。铁碳微电解法污水处理技术的主要特点是不需要外加药剂或电能消耗，具有工艺简单、操作方便、适应性广、成本低廉特点，尤其对高色度、重污染、高浓度、难以生处的有机污染废水，净化效果特别显著。铁碳微电解法污水处理技术的核心是铁碳微电解填料，该填料主要由特定比例的铁粉和碳粉等材料添加制孔剂、黏结剂和催化剂后经过粉碎混合、压制成型和烧结等工艺制成的10～30mm的填料颗粒，因此该填料需要消耗大量的铁粉和碳粉等工业制成品。在石油化工的天然气开采过程中，采出的气田污水，除具有含油、悬浮物、矿化度、二氧化碳等含量较高外，气田污水也含有较高的甲醇、甜菜碱或氧化氨等活性有机物、二价硫和铁等，常规的沉降、过滤、气浮等工艺很难去除非常困难，运行成本很高。我们基于“以废治废和资源循环利用”的思路，利用钢铁企业每年排放的6000万吨含有较高铁、碳、锌和多种活泼金属元素的工业废弃物的高炉除尘灰，来制备新型多元催化铁碳微电解填料用于气田污水处理，这样不仅能够大大降低铁碳微电解填料的成本，也能实现环保绿色的高炉除尘灰的综合利用，降低高炉除尘灰对环境的二次污染。

1 机理分析

高炉除尘灰是在钢铁冶炼过程中，从炼钢高炉的高炉煤气中飘出的固体微粒状粉尘，经湿式除尘器水淬后，高炉除尘灰为多孔结构的尘埃级粒度，具有较大的比表面积，一般粒度为1～100μm，其化学成分主要为铁、锌、碳以及微量钙、镁、铝、硅、钠、钾、铅、铟、铋等元素的单质和氧化物，高炉除尘灰制成的铁碳微电解填料活性元素的电极反应、标准电位见表1。

由表1可知，在铁碳微电解填料内的碳作为惰性阴极材料，而铁原子、氧化亚铁、锌原子、氧化锌和铅及氧化铅等为阳极材料，阴阳两极间的电位差为1.0～2.89V。

在该电位差和变价金属铁、锌的共同作用下，不仅可将有机醇和表面活性剂分解为二氧化碳和水，也能将二价铁、硫化物等进行氧化去除；同时，微电解填料的电效，也会使油滴、悬浮物等交替颗粒双电层的ξ电位降低，双电层变薄，更利于胶体颗粒的聚集与去除。

微电解填料中的铁元素经过一些列的氧化还原反应后，生成可溶性二价和三价铁离子，当气田污水介质的pH在5～6时，二价和三价的铁离子会与水形成氢氧化亚铁和氢氧化铁絮体，这些新生成的絮体是高活性的净水剂，可进一步改善废水的悬浮物、滤膜系数、COD等指标。微电解污水处理技术是集电解、吸附、凝聚和氧化还原反应等作用于一体的新兴的多效应的油气田有机难处理污水处理的新技术。

2 样品的制备

2.1 原材料

2.1.1 高炉除尘灰

选用新疆巴州和静钢厂1^#、2^#电炉和1^#转炉的混合高炉除尘灰，其主要成分见表2。

2.1.2 实验样品制备

实验样品的制备方法：以巴州和静钢厂的高炉除尘灰为基础，添加一定量的铝粉、尿素和硅酸钠，将所有材料称重后搅拌混合均匀，用球磨机将上述材料研磨成细粉，喷入微量的水后用滚轴式压力制球机压制成直径为12/16mm的椭球状球体，在常温下自然晾晒风干24h，然后将其置于陶制的烧结钵中，在马弗炉内在350～1250℃下烧结1～6h，自然冷却至室温即为试验样品。

3 实验部分

3.1 实验装置

铁碳微电解净化气田污水试验装置的示意见图1。

图1中，增压泵2为计量泵，排量为15～1500L/h，出口压力为0.01～0.6MPa，微电解反应器8为φ500×1800mm圆筒形不锈钢筒形容器，气泵5为常规空压机，出口压力0.7MPa，排量为0.6m3/min。

3.2 实验用水

实验用水选用中石油塔里木油田ZG15-XXH试采井的井口含油污水；实验中需要调整pH时，以pH为目标加入盐酸或氢化钠；实验中需要调整矿化度时，以矿化度为目标加入自来水稀释。该井的水样的成分与水质指标见表2。

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