电化学水处理技术介绍及电凝聚.

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。

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
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
0
7.56 8.07 8.22 8.57 8.94 9.26 9.61
pH
不同pH下COD的去除效果
六、电凝聚气浮法处理垃圾渗沥液展望
目前城市生活垃圾填埋场渗沥液的有效处理依然是 个世界性难题，国内外虽然做了大量的研究工作， 但很少有成熟工艺应用于实践。就我国而言，依然 处于探索性研究阶段，未有突破性进展。寻找一套 经济合理且能适应我国各地垃圾渗沥液处理的灵活 的处理工艺流程,开发新型的污水处理技术,是当前 迫切的研究课题,具有广阔的前景。本研究对高COD 和高氨氮(COD 为10 000～90 000 mg/L ,氨氮> 600 mg/L) 的生活垃圾渗沥液采用电凝聚气浮法处 理。
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 。
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:
发展近年发展起来的颇具竞争力的废水处理
方法，其比电解法更为高效，且节约能耗和
电极板材料。
三、电化学法在水质净化中的研究动向
电化学法水处理技术的发展动向主要体现在 电极材料、供电方式、电化学反应器的结构 及与其它技术组合等方面的研究和应用。
1、电极材料。目前研究的重点是具有高的电 催化特性的阳极材料。对于传统的金属电 极，如何改善电极材料的表面性能,赋予电极 所期望的电催化性能,便成为一个永恒的研究 课题。而另一方面就是开发由新材料构成新 型高效催化电极，如钛基涂层电极等。
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。
达到凝聚、气浮、氧化、还原的共 同效果！
阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应 阳极产生胶体凝聚剂 阴极析出气泡
达到凝聚、气浮、氧化、还原的共 同效果！
实验装置示意图
实验装置照片
55
+
11
2
2
P
3
4
4
Fig2. Schematic diagram of the workable bench scale
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。
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;
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。
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。
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，加入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。
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。
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。
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;
目前常见的方法主要有电凝聚法、电凝聚气 浮法、脉冲电絮凝法、微电解-电解法及脉冲 电解处理法等工艺。电凝聚是较为成熟的方 法, 在电镀、印染、化纤等领域中已有广泛的 应用，电凝聚与生物法和混凝气浮法相比, 具 有处理效果好、占地面积少、工艺操作简 便、污泥量少和易实现自动化等优点, 易于宾 馆酒楼所接受。电凝聚气浮法是电凝聚法的
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)
4 200百度文库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
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)
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。
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。
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。
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