水處理電化學(xué)技術(shù)

一、電化學(xué)水處理技術(shù)的發(fā)展概況

20世紀60年代初期，隨著(zhù)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電解法開(kāi)始引起人們的注意。傳統的電解反應器采用的是二維平板電極， 這種反應器有效電極面積很小，傳質(zhì)問(wèn)題不能很好地解決。而在工業(yè)生產(chǎn)中，要求有高的電極反應速度，所以客觀(guān)上需要開(kāi)發(fā)新型、高效的電解反應器。

1969 年， Backnurst等提出流化床電極(Fluid Bed Electrode簡(jiǎn)稱(chēng)FBE) 的設計。這種電極與平板電極不同，有一定的立體構型，比表面積是平板電極的幾十倍甚至上百倍，電解液在孔道內流動(dòng)，電解反應器內的傳質(zhì)過(guò)程得到很大的改善。

1973年，M.Fleischm amm與F.Goodridge等研制成功了雙極性固定床電極(Bipolar Packed Bed Electrode簡(jiǎn)稱(chēng)BPBE)。內電極材料在高梯度電場(chǎng)的作用下復極化，形成雙極粒子，分別在小顆粒兩端發(fā)生氧化-還原反應，每一個(gè)顆粒都相當于一個(gè)微電解池。由于每個(gè)微電解池的陰極和陽(yáng)極距離很小，遷移就容易實(shí)現。同時(shí)，由于整個(gè)電解槽相當于無(wú)數個(gè)微電解池串聯(lián)組成，因此效率大大提高。

二、電化學(xué)水處理技術(shù)

電化學(xué)水處理技術(shù)的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應或間接電化學(xué)轉化，即直接電解和間接電解。

1.直接電解

直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中去除。直接電解可分為陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程。陽(yáng)極過(guò)程就是污染物在陽(yáng)極表面氧化而轉化成毒性較小的物質(zhì)或易生物降解的物質(zhì)，甚至發(fā)生有機物無(wú)機化，從而達到削減、去除污染物的目的。陰極過(guò)程就是污染物在陰極表面還原而得以去除，主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。

2.間接電解

間接電解是指利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應劑或催化劑，使污染物轉化成毒性更小的物質(zhì)。間接電解分為可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程�？赡孢^(guò)程（媒介電化學(xué)氧化）是指氧化還原物在電解過(guò)程中可電化學(xué)再生和循環(huán)使用。不可逆過(guò)程是指利用不可逆電化學(xué)反應產(chǎn)生的物質(zhì)，如具有強氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、H2O2和O3等氧化有機物的過(guò)程，還可以利用電化學(xué)反應產(chǎn)生強氧化性的中間體， 包括溶劑化電子、·HO、·HO2、O2-等自由基。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

另外根據具體的使用方法還可分為：

1.電凝聚電氣浮法

在外電壓作用下，可溶性陽(yáng)極（鐵或鋁）被氧化產(chǎn)生大量陽(yáng)離子繼而形成膠體使廢水中的污物凝聚，同時(shí)在陰極上產(chǎn)生的大量氫氣形成微氣泡與絮粒粘附在一起上浮，這種方法稱(chēng)為電凝聚電氣浮。在電凝聚中，常常用鐵鋁做陽(yáng)極材料。

2.電沉積法

利用電解液中不同金屬組分的電勢差，使自由態(tài)或結合態(tài)的溶解性金屬在陰極析出。適宜的電勢是電沉積發(fā)生的關(guān)鍵。無(wú)論金屬處于何種狀態(tài)，均可根據溶液中離子活度的大小，由能斯特方程確定電勢的高低，同時(shí)溶液組成、溫度、超電勢和電極材料等也會(huì )影響電沉積過(guò)程。

3.電化學(xué)氧化

電化學(xué)氧化分為直接氧化和間接氧化兩種，屬于陽(yáng)極過(guò)程。直接氧化是通過(guò)陽(yáng)極氧化使污染物直接轉化為無(wú)害物質(zhì)；間接氧化則是通過(guò)陽(yáng)極反應產(chǎn)生具有強氧化作用的中間物質(zhì)或發(fā)生陽(yáng)極反應之外的中間反應，使被處理污染物氧化，最終轉化為無(wú)害物質(zhì)。對于陽(yáng)極直接氧化而言，如反應物濃度過(guò)低會(huì )導致電化學(xué)表面反應受傳質(zhì)步驟限制;對于間接氧化，則不存在這種限制。在直接或間接氧化過(guò)程中，一般都伴有析出H2 或O2 的副反應，但通過(guò)電極材料的選擇和電勢控制可使副反應得到抑制。

4.光電化學(xué)氧化

通過(guò)半導體材料吸收可見(jiàn)光和紫外光的能量，產(chǎn)生“電子-空穴”對，并儲存多余的能量，使得半導體粒子能夠克服熱動(dòng)力學(xué)反應的屏障，作為催化劑使用，進(jìn)行一些催化反應。

5.電滲析

依靠在電場(chǎng)作用下選擇性透過(guò)膜的獨特功能，使離子從一種溶液進(jìn)入另一種溶液中，達到對離子化污染物的分離和濃縮。利用電滲析處理金屬離子時(shí)并不能直接回收到固體金屬，但能得到濃縮的鹽溶液，并使出水水質(zhì)得到明顯改善。目前研究最多的是單陽(yáng)膜電滲析法。

6.電化學(xué)膜分離

利用膜兩側的電勢差進(jìn)行的分離過(guò)程。常用于氣態(tài)污染物的分離。

三、電化學(xué)水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

(1) 過(guò)程中產(chǎn)生的·OH自由基可以直接與廢水中的有機污染物反應， 將其降解為二氧化碳、水和簡(jiǎn)單有機物， 沒(méi)有或很少產(chǎn)生二次污染，是一種環(huán)境友好技術(shù)(Environm ent Friendly Technology)；

(2) 能量效率高， 電化學(xué)過(guò)程一般在常溫常壓下就可進(jìn)行；

(3) 電化學(xué)方法既可以單獨使用， 又可以與其他處理方法結合使用， 如作為前處理方法， 可以提高廢水的生物降解性；

(4) 電解設備及其操作一般比較簡(jiǎn)單， 費用較低。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)