电化学水处理技术介绍及电凝聚.

电化学水处理技术介绍及电凝聚 气浮法处理垃圾渗沥液展望
成员：庞长泷、郭旭、李东晨
一、背景
起源于本世纪初的传统污水生物处理技术， 为缓解人类活动造成的水环境污染做出了巨 大贡献。随着工业化的发展，污水成分变得 日渐复杂多样化，这样的污水由于对生物的 毒性和实际应用空间上的限制，使得传统的 污水生物处理方法在应用上面临着许多技术 上难以解决的难题。另外，含有难降解物质 的污水虽然可用化学氧化法处理，但该氧化 法在药剂用量控制上操作复杂，成本高，还 会造成药剂在处理水中的残留。
渗沥液原水及UASB 反应器出水的 有关水质指标
Raw leachate
pH
7. 7±0. 3
COD(mg·L - 1) 15 700±1 700
BOD5(mg·L - 1) TOC(mg·L - 1)
4 200±230 4 600±150
NH3-N(mg·L - 1) 2 260±230
UASB effluent 8. 5±0. 2 1 500±160 75±20 470±140 2 540±250
8) 既可以作为单独处理,又可以与其他处理相结合, 如作为前处理,可以提高废水的可生物降解性;9) 兼 具气浮、絮凝、消毒作用;
10) 作为一种清洁工艺,其设备占地面积小,特别适合 于人口拥挤城市污水处理.
正因为有如此之多的优点,电化学水处理方法 是处理工业废水、生活污水等实现水的零排 放具有开发前景的水处理技术。该技术研究 横跨物理、化学、生物、工程等多门学科， 是典型的学科综合交叉，迄今的研究还很不 够，作为一种高效水处理技术值得进一步开 发研究。此外，电化学水处理技术被称为“环 境友好”技术,在绿色工艺方面极具潜力,可望 得到广泛应用。
3 、电化学反应器的结构。废水常为稀溶液，电导 率太小时,一般可由加入支持电解质或减小阴、阳极 间距来解决;而为使低浓度有机污染物有效地发生降 解,必须改善电化学反应器的结构。目前提出的一种 新技术即三维电极(或三微电极、立体电极、三元
电极)，其是借鉴化学工程中反应器理论设计 的,它是在传统二维电解槽电极间装填粒状或 其它碎屑状工作电极材料,并使装填工作材料 表面带电,成为新的一极(第三极) ,在工作电极 材料表面发生电化学反应。分为固定床和流 动床两大类。从工程角度出发,复极性固定床 电催化反应器更具竞争力。
加入一定量的污水于 电解池中，分别在 10mA/cm2、20 mA/cm2、30 mA/cm2的电流密度 下，电解不同时间并 取样测COD，实验 结果如下图所示。由 图可知：在20 mA/cm2、30 mA/cm2的电流密度 下，COD的去除效 果要优于10mA/cm2 电流密度下的去除效 果。综合考虑成本因 素以20 mA/cm2为 宜。
等； 2.电流密度对处理效果的影响； 3.板间距对处理效果的影响； 4.废水的PH值、电导率对处理效果的影响； 5.电解时间对处理效果的影响。
通过研究以上各种影响因素对废水各项污染物去除 率的影响，确定使用电凝聚电气浮法处理废水的最 佳工作条件。
分析手段：
根据所处理的废水特点，测定的主要项目 有：浊度、CODCr、BOD5、总P、NH3-N， SS等。
2、 电流效率仍然偏低,经济上不合理。主要是由于 电极材料性能还不能满足要求,因此开发出更高效的 复合型电极将成为工业化推广应用的关键。
3、 充分考虑各方面的影响因素,设计出高效合理的 化学反应器是该领域工业化的紧迫任务。
4、 大力开发电化学法与其他方法联合使用技术,努 力探明协同作用机理,特别是电化学法与生物法的联 用将是研究工作者很重要的课题。
4 、电化学法和其它方法组合的特性研究。 包括：膜辅助电化学技术、磁电解法、超声 波电解法、生物膜电极法等。
四、目前亟待研究的问题
1、 电化学反应的机理探讨还不是很充分。缺乏理 论的指导,极大的限制了电化学在水质净化中的应 用。所以,深入研究电化学反应机理和床内各点的电 流电位分布是非常重要的。
COD(mg/l)
400
350
30mA/cm2
300
20mA/cm2
250
10mA/cm2
200
150
100
50
0 0 10 20 30 40 50 60 70 时间(min)
在不同电流密度下COD的去除效果
不同用量的H2O2对COD的去除效果
在加入一定量污水的电解池中分别加入0.5mL H2O2、1mL H2O2、先加入0.5mL H2O2电解30min后再0.5mLH2O2； 电解不同时间取样测COD，实验结果如下图所示。由图中可 看出，入0.5 mL H2O2后COD的处理效果最好，电解 30min后，COD为48mg/L。但随加入H2O2量的增加，COD 的去除效果反而降低，是因为H2O2过量后，将Fe2+氧化为 Fe3+，降低Fenton试剂的氧化能力。
同时记录各时刻的电源电压和每次试验后的 电极损耗情况，用于成本核算。
实验仪器：
主要实验均在“水分析化学实验室” 完成。
使用的主要实验仪器有： 直流稳压电源、721分光光度计、PH计、减
压抽滤泵、COD加热设备、NH3-N加热设 备、磁力搅拌器、数字式电导仪等。
不同电流密度下的COD的去除效果:

Al3+ + 3OH− → Al(OH)3
(3)
电凝聚能够有效地降低废水的CODCr 和 BOD5，并能够实现脱色，用于含油废水、含 氟废水、染色废水的处理．但由于该法阳极 材料和电能消耗大，其应用受到一定的限 制．根据使用的电极材料的不同，在电气浮 过程中可以发生下列过程的反应：①阳极上 发生氧化作用，阴极上发生还原作用；②阳 极产生胶体凝聚剂；③阴极析出气泡
2 、供电方式。电化学技术已由传统的低电压、大 电流直流电发展为高电压、小电流脉冲供电。高压 脉冲电凝法( HVES) 突破传统电解法固定使用极板, 可定期自动将阴、阳极板互换与活化。可撕裂极板 钝化膜,彻底解决了极板钝化这一国内外电解设备普 遍存在的问题。不仅两极板互换延长了电极寿命,耗 材少,而且耗电少 。
五、电凝聚气浮法简介
在外电压作用下，利用可溶性阳极（铁或铝），产 生大量阳离子，对胶体废水进行凝聚，同时阴极上 析出大量氢气微气泡与絮粒粘附在一起上浮，这种 方法称为电凝聚电气浮。在电凝聚中，常常用铁或 铝做阳极材料。
阳极： Al − 3e → Al3+
（1）
阴极： Ox + ne → Re 或 2H+ + 2e → H2 (2)
所以需要开发一种新型、高效一体化电化学 水处理技术，集氧化还原、电絮凝、吸附作 用于一身，具有作用机制多、协同性强、操 作简便、一次性投资少、运行费用低，污泥 生成量少等特点；无二次污染且杀菌彻底。 特别是不受环境条件如恶劣的气候条件变化 的影响等，能十分有效地净化各种污水，使 用方便灵活，可单独使用实现污水的达标排 放，也可与其它水处理单元技术组合，实现 污水的循环利用及其零排放。
１Electrodes ２Electrochemical cell(300mL) ３Beaker(1L) ４Stirrer ５DC power supply (2Ax50V)
研究内容:
受实验条件所限，主要研究采用可溶性阳极材料 （Fe、Al等）通过电凝聚气浮法处理废水。
实验的主要研究内容包括： 1.不同电极对处理效果的影响，如Fe、Al、不锈钢
二、电化学水处理技术概述
电化学水处理技术是指在导电介质存在和一定条件 （加电或自发）时，通过电化学反应而除去污水中 污染物的方法。电化学净化技术分为有电能消耗 （加电）和无电能消耗（自发过程）两类。有电能 消耗的技术又分为电凝聚电气浮、电沉积、磁电解 法、微电解法、三维电极水处理技术和电化学氧化 等。电化学净化技术的一般原理是：在直流电场的 作用下，废水污染物通过电解槽在阳极氧化或阴极 还原或发生二次反应而被去除，最终使废水得到净 化。
4) 反应条件温和,电化学过程一般在常温常压下就可 进行;
5) 反应器设备及其操作一般比较简单,如果设计合理, 费用并不昂贵;
6) 若排污规模较小,可实现就地处理;
7) 当废水中含有金属离子时,阴、阳极可同时起作用 (阴极还原金属离子,阳极氧化有机物) ,以使处理效率 尽可能提高,同时回收再利用有价值的化学品或金属;
COD(mg/L)
400
加1mlH2O2
350
300
加0.5mlH2O2
250
200
先加0.5mlH2O230min后加
150
0.5mlH2O2
100
50
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Time(min)
不同用量的H2O2对COD的去除效果
不同pH下COD的去除效果
在电解不同时间后分别取样测电解污水的pH，pH与 COD去除率和COD间的关系如图所示。由图可知， 当8.94≤pH≤9.61时，COD的去除率较高。
电化学水处理技术的优点:
1) 电子转移只在电极及废水组份间进行,不需另外添 加氧化还原剂,避免了由另外添加药剂而引起的二次 污染问题;
2) 可以通过改变外加电流、电压随时调节反应条件, 可控制性较强;
3) 过程中可能产生的自由基无选择地直接与废水中 的有机污染物反应,将其降解为二氧化碳、水和简单 有机物,没有或很少产生二次污染;
COD的去除率(%) COD(mg/L)
90
450
80
400
70
350
60
300
50
COD的去除率
250
40
COD
200
30
150
20
100
10
50
0