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，來對污水進行電解化學處理的技術(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、標準電位見表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后，生成可溶性二價和三價鐵離子，當氣田污水介質(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，可進一步改善廢水的懸浮物、濾膜系數(shù)、COD等指標。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等作用于一體的新興的多效應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，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，以礦化度為目標加入自來水稀釋。該井的水樣的成分與水質(zhì)指標見表2。

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