微電解原理
⑴. 電場作用
廢水中的膠體粒子和細(xì)小分散的污染物一般都帶有電荷，在微電場的作用下產(chǎn)生電泳，向相反電荷的電極移動，在電極上交換電子發(fā)生氧化還原和電中和等反應(yīng)，并使膠體脫穩(wěn)。例如利用使用微電解填料進(jìn)行微電解處理污水的原理主要是依據(jù)下列反應(yīng)(鹵代烴以R-X表示)：
陽極過程： Fe → Fe2++2e
陰極過程： [R-X]+2e+H20 → [R-H]+X一+OH一
脫鹵過程中會有大量OH一產(chǎn)生，使附近溶液pH上升，若溶液偏堿性則在陽極鐵表面形成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Ca(0H)2等沉淀物。研究結(jié)果表明使用微電解填料能與其中的13種鹵代烴(12種氯代烴)發(fā)生反應(yīng)；并且發(fā)現(xiàn)，鐵屑對氯代烴的降解速度要比氯代烴的天然降解速度快得多(約快5～15個數(shù)量級)。研究還表明：其降解速度與鐵屑含量和鐵屑比表容積(單位體積的溶液所接觸到的鐵屑表面積)有關(guān)，即鐵屑含量越多，比表容積越大，其降解速率就越快。廢水中的氯代烴不僅難于生物降階，而且對微生物的毒性也很大，零價鐵對氯代烴的轉(zhuǎn)化與脫氯作用可以大大提高廢水的可生化性。
⑵. 氫、鐵、Fe2+的還原作用
鐵是活潑金屬，有較強(qiáng)還原能力，因而在偏酸性水溶液中能夠發(fā)生如下反應(yīng)：
Fe＋2H+＝Fe2+＋2［H］
電極反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)中得到的新生態(tài)氫[H]以及Fe和Fe2＋都具有很高的化學(xué)活性，能與印染廢水中的許多污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)。如使偶氮基斷裂而破壞發(fā)色基團(tuán)、使大分子降解為小分子，具有脫色和提高廢水可生化性的作用，反應(yīng)式為
R—N＝N—R’＋4Fe2+＋4H20＝RNH2＋R’NH2＋4Fe3+＋40H－
Fe和Fe2+也可將硝基化合物還原為胺基化合物等，同時提高了廢水的可生化性。反應(yīng)式為：
C6H5NO2＋3Fe＋6H+＝C6H5NH2＋3Fe2＋＋2H20
有研究認(rèn)為Fe0在上述還原過程中具有反應(yīng)物和由H2誘發(fā)的還原反應(yīng)催化劑的雙重作用。
鐵被氧化生成的Fe2＋也具有較高的還原性，可將氧化性較強(qiáng)的離子或化合物還原及某些有機(jī)物還原，對Cr(Ⅵ)的還原如下式所示。
6Fe2＋＋Cr2O72一十14H十＝6Fe3+＋2Cr3++7H20
鉻由毒性較強(qiáng)的氧化態(tài)(Cr2O72－)轉(zhuǎn)化成毒性較弱的(Cr3＋)還原態(tài)，并在后續(xù)堿中和的堿性條件下形成Cr(OH)3沉淀而得到去除。
也有人利用鐵屑的還原性來處理水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽，還原產(chǎn)物為銨離子。
Fe2+也具有還原性，E0(Fe3+／Fe2+)=0．771V，因而當(dāng)水中有強(qiáng)氧化劑存在時，F(xiàn)e2+可進(jìn)一步氧化成Fe3十。
⑶. 鐵離子的絡(luò)合和混凝作用
在酸性條件下，用鐵-炭微電解處理廢水時，會產(chǎn)生Fe2+和Fe3＋離子。新生態(tài)的Fe2+和Fe3+具有很好的絮凝作用，溶液在堿性條件下且有O2存在時，會形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，反應(yīng)式為
Fe2+＋20H一＝Fe(OH)2
4Fe2+＋8 0H一＋02＋2H20＝4Fe(OH)3
生成的Fe(OH)2和Fe(OH)3的吸附能力高于一般藥劑水解得到的Fe(OH)3吸附能力。同時其中的Fe離子能與許多有機(jī)物形成墨綠色的絡(luò)合物。這樣，廢水中原有的懸浮物、膠體和油類等及通過內(nèi)電解反應(yīng)產(chǎn)生的不溶物和構(gòu)成色度的染料及相當(dāng)一部分水溶性有機(jī)物均可被其絡(luò)合、吸附凝聚而從廢水中分離去除。廢水中具有負(fù)電位的油珠在外電場作用下，很快完成電泳沉積和聚結(jié)，經(jīng)過Fe(OH)3絮狀膠體的吸附與絮凝作用，除油率達(dá)到70％～80％。
⑷. 鐵的置換作用
鐵是活潑金屬，電極電位E0 (Fe2+／Fe)＝- 0．44V，它具有還原能力，可將在金屬活動順序表中排于其后的金屬置換出來而沉積在鐵的表面，如鎳、錫、鉛、銅、銀等；如用鋁－碳填料，還可置換出錳、鋅。當(dāng)鐵屑不斷被腐蝕變成鐵粉時，這些微小的沉積金屬粉粒也一起隨廢水流出，而在后續(xù)的堿中和絮凝沉淀時一同被分離去除。
⑸. 沉淀與共沉淀作用
微電解填料床出水加堿中和絮凝沉淀是微電解工藝中必不可少的組成部分，通常用石灰乳
［Ca(OH)2］作為中和用堿液，石灰乳本身就是一個助凝劑，它不僅價格便宜，而且形成的沉淀污泥也易于脫水，更重要的是Ca2＋能與許多污染物反應(yīng)形成沉淀物而被分離除去，如S2－、PO43－、F－及磺酸基－SO3－等。
微電池反應(yīng)產(chǎn)物Fe2+和Fe3+也能通過沉淀反應(yīng)去除某些無機(jī)物，以減少其對后續(xù)生化工藝段的毒害，如與S2一、CN一等反應(yīng)生成FeS 、 Fe3[Fe(CN)6]2 （鐵氰化亞鐵）、 Fe4[Fe(CN)6]3 （亞鐵氰化鐵）等沉淀而被去除。
對于含有重金屬的廢水，重金屬離子還可與鐵離子形成穩(wěn)定的鐵氧共沉淀物而被去除；使用微電解填料進(jìn)行微電解法不僅可以處理單一的含Cr6+的廢水，還可以處理含Cr6＋、Cu2+、Ni2+、Zn2+、pb2+等多種重金屬離子的綜合性含金屬離子的廢水（如電鍍、礦山等行業(yè)），無需分流，一次處理達(dá)標(biāo)，大大地簡化了處理流程，且處理后的水質(zhì)穩(wěn)定。處理后出水中的Cr6＋濃度有望達(dá)到0.3mg/L。Fe2＋的吸附和共沉淀作用也可經(jīng)濟(jì)地去除廢水中的As、F，去除效果分別達(dá)到93％和99％。
此外，沉淀后廢水中殘留的少量Fe離子對后續(xù)的生化處理過程有促進(jìn)作用。
使用微電解填料進(jìn)行微電解法處理廢水正是通過以上有關(guān)過程與機(jī)制共同作用的結(jié)果。
歸納起來，使用微電解填料進(jìn)行微電解技術(shù)處理廢水的作用機(jī)制相當(dāng)豐富，可以去除大量的COD，而且可以提高廢水的可生化性，其脫色效果也十分顯著；并且對各種金屬離子都有極好的共沉淀去除效果，還能脫硫、磷，除氰、氟和去砷。使用微電解填料進(jìn)行微電解工藝與后續(xù)生化處理單元的匹配性也相當(dāng)好。不僅如此，微電解過程只消耗一些鐵屑（廢料）和酸（視廢水而定，不一定是必須投加的）及堿［Ca(OH)2］，因此處理費用也相當(dāng)?shù)土ㄍǔＶ幌喈?dāng)化學(xué)法的1／10～1／5)，投資和運(yùn)行費用的經(jīng)濟(jì)性都很好。
