鐵碳微電解法污水處理技術(shù)是利用鐵碳微電解填料在污水中自身產(chǎn)生的氧化還原電位差，來對污水進(jìn)行電解化學(xué)處理的技術(shù)。鐵碳微電解法污水處理技術(shù)的主要特點是不需要外加藥劑或電能消耗，具有工藝簡單、操作方便、適應(yīng)性廣、成本低廉特點，尤其對高色度、重污染、高濃度、難以生處的有機污染廢水，凈化效果特別顯著。鐵碳微電解法污水處理技術(shù)的核心是鐵碳微電解填料，該填料主要由特定比例的鐵粉和碳粉等材料添加制孔劑、黏結(jié)劑和催化劑后經(jīng)過粉碎混合、壓制成型和燒結(jié)等工藝制成的10～30mm的填料顆粒，因此該填料需要消耗大量的鐵粉和碳粉等工業(yè)制成品。在石油化工的天然氣開采過程中，采出的氣田污水，除具有含油、懸浮物、礦化度、二氧化碳等含量較高外，氣田污水也含有較高的甲醇、甜菜堿或氧化氨等活性有機物、二價硫和鐵等，常規(guī)的沉降、過濾、氣浮等工藝很難去除非常困難，運行成本很高。我們基于“以廢治廢和資源循環(huán)利用”的思路，利用鋼鐵企業(yè)每年排放的6000萬噸含有較高鐵、碳、鋅和多種活潑金屬元素的工業(yè)廢棄物的高爐除塵灰，來制備新型多元催化鐵碳微電解填料用于氣田污水處理，這樣不僅能夠大大降低鐵碳微電解填料的成本，也能實現(xiàn)環(huán)保綠色的高爐除塵灰的綜合利用，降低高爐除塵灰對環(huán)境的二次污染。

1 機理分析

高爐除塵灰是在鋼鐵冶煉過程中，從煉鋼高爐的高爐煤氣中飄出的固體微粒狀粉塵，經(jīng)濕式除塵器水淬后，高爐除塵灰為多孔結(jié)構(gòu)的塵埃級粒度，具有較大的比表面積，一般粒度為1～100μm，其化學(xué)成分主要為鐵、鋅、碳以及微量鈣、鎂、鋁、硅、鈉、鉀、鉛、銦、鉍等元素的單質(zhì)和氧化物，高爐除塵灰制成的鐵碳微電解填料活性元素的電極反應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)電位見表1。

由表1可知，在鐵碳微電解填料內(nèi)的碳作為惰性陰極材料，而鐵原子、氧化亞鐵、鋅原子、氧化鋅和鉛及氧化鉛等為陽極材料，陰陽兩極間的電位差為1.0～2.89V。

在該電位差和變價金屬鐵、鋅的共同作用下，不僅可將有機醇和表面活性劑分解為二氧化碳和水，也能將二價鐵、硫化物等進(jìn)行氧化去除；同時，微電解填料的電效，也會使油滴、懸浮物等交替顆粒雙電層的ξ電位降低，雙電層變薄，更利于膠體顆粒的聚集與去除。

微電解填料中的鐵元素經(jīng)過一些列的氧化還原反應(yīng)后，生成可溶性二價和三價鐵離子，當(dāng)氣田污水介質(zhì)的pH在5～6時，二價和三價的鐵離子會與水形成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵絮體，這些新生成的絮體是高活性的凈水劑，可進(jìn)一步改善廢水的懸浮物、濾膜系數(shù)、COD等指標(biāo)。微電解污水處理技術(shù)是集電解、吸附、凝聚和氧化還原反應(yīng)等作用于一體的新興的多效應(yīng)的油氣田有機難處理污水處理的新技術(shù)。

2 樣品的制備

2.1 原材料

2.1.1 高爐除塵灰

選用新疆巴州和靜鋼廠1^#、2^#電爐和1^#轉(zhuǎn)爐的混合高爐除塵灰，其主要成分見表2。

2.1.2 實驗樣品制備

實驗樣品的制備方法：以巴州和靜鋼廠的高爐除塵灰為基礎(chǔ)，添加一定量的鋁粉、尿素和硅酸鈉，將所有材料稱重后攪拌混合均勻，用球磨機將上述材料研磨成細(xì)粉，噴入微量的水后用滾軸式壓力制球機壓制成直徑為12/16mm的橢球狀球體，在常溫下自然晾曬風(fēng)干24h，然后將其置于陶制的燒結(jié)缽中，在馬弗爐內(nèi)在350～1250℃下燒結(jié)1～6h，自然冷卻至室溫即為試驗樣品。

3 實驗部分

3.1 實驗裝置

鐵碳微電解凈化氣田污水試驗裝置的示意見圖1。

圖1中，增壓泵2為計量泵，排量為15～1500L/h，出口壓力為0.01～0.6MPa，微電解反應(yīng)器8為φ500×1800mm圓筒形不銹鋼筒形容器，氣泵5為常規(guī)空壓機，出口壓力0.7MPa，排量為0.6m3/min。

3.2 實驗用水

實驗用水選用中石油塔里木油田ZG15-XXH試采井的井口含油污水；實驗中需要調(diào)整pH時，以pH為目標(biāo)加入鹽酸或氫化鈉；實驗中需要調(diào)整礦化度時，以礦化度為目標(biāo)加入自來水稀釋。該井的水樣的成分與水質(zhì)指標(biāo)見表2。

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