电化学高级氧化技术在工业废水处理中的应用

电化学高级氧化技术在工业废水处理中的应用

工业废水通常具有污染物浓度高，组分复杂，难降解等特点，若未经有效处理就排放，会对环境产生恶劣影响。随着人们环保意识的增强，排放标准的提高，传统的常规工艺往往难以满足环保要求，通常需要增加深度处理工艺，比如高级氧化、膜技术、超声波降解等。电化学氧化技术是高级氧化技术的一种，具有污染物去除效果好、可控性强，无二次污染等特点，对含盐量高、难生化降解的工业废水具有良好的处理效果。在该技术中，电极材料对处理效果有着至关重要的影响。

标签：电化学；高级氧化技术；工业废水处理

1电化学法的原理

电化学法是通过选定具有催化活性的电极材料，在电极反应中产生·OH，达到分解污染物的目的常见的电化学高级氧化技术包括阳极氧化技术（AO）、电Fenton技术（EF），以及光电Fenton（PEF）和太阳光电Fenton（SPEF）技术，此外还有电化学絮凝、电化学过氧化和超声波电Fenton等技术。阳极氧化技术是指有机污染物在阳极表面通过电子转移直接被氧化或被阳极表面产生的·OH、H2O2、O3、活性氯物种和过硫酸盐等强氧化物而降解。电Fenton技术是通过电化学生成的H2O2与加入的Fe2+在体系中发生Fenton反应并产生大量的·OH，从而促成有机污染物的降解。电Fenton的基础上增加紫外辐射和太阳辐射，能显著促进体系中羟基自由基的生成，同时紫外光或太阳辐射可以一定程度地促进有机污染物的降解，这就是最近研究较热的光电Fenton和太阳光电Fenton技术。

2电化学高级氧化技术在工业废水处理中的应用

2.1纺织工业废水

纺织工业的废水中含有大量的有机染料，成分复杂，一旦排入水体将对生物产生高毒性，而常规的生物和物化处理工艺对其去除效果很差。由于印染废水有较高的导电性，因此可以采用电化学氧化技术对其进行处理，且不需额外添加电解质。此外，印染废水中普遍含有氯离子，因此在电解池中产生活性氯物种，进一步促进有机染料的降解。已有研究表明，纺织工業废水COD和色度的去除率与废水中氯离子的初始浓度密切相关。电极材料的选择对纺织工业的废水电化学氧化处理效率有显著的影响。大多数研究表明，阳极使用活性电极（如Ti/Pt、Ti/TiOx-RuOx、Ti/TaIrPtalloy等）和惰性电极（如Si/BDD和Nb/BDD等）均可以实现废水的完全脱色，但是使用惰性阳极可以获得更高的COD去除率。当阳极采用活性电极时，即使氯离子浓度高达5000mg/L，COD的去除率都不会超过55%。温度的变化对阳极氧化工艺的处理效果影响不大，而温度增加可显著提高电芬顿工艺对纺织废水COD的去除率。阳极氧化工艺中pH值为2.8和8.1时均能获得最高的色度去除率，COD的去除率在pH=8.1时达到最大，而电芬顿工艺的最佳pH值为3。废水处理系统的能量消耗与废水的导电性、施加的电流密度

以及阳极采用的电极材料有关。相比惰性电极，阳极采用活性电极时消耗的能量较低，约为5.0kWh/m3，但是COD的去除率也较低。采用惰性电极如掺硼金刚石电极（BDD）可以在短时间内达到很高的COD去除率，但是能量消耗达16～100kWh/m3。因此，实际应用时需综合考虑废水的处理要求和处理成本来选择合适的电极。有时更经济的做法是将经过电化学氧化处理后的出水回用于印染环节，可以节约70%的净水，减少近60%的能量消耗。

2.2制革废水

制革废水是污染最严重的工业废水。生产过程中使用的皮质原料和额外添加的药剂，使得制革废水含有大量的有机物和氨、硫化物及重金属等。电化学高级氧化技术可以对此类废水进行有效处理，然而在实际应用中的最大问题就是电极材料的成本较高，并且可能会形成有毒的副产物。研究发现，含有Sn、Ir、Ru 和Ti的形稳性电极（DSA）对酚类和溶解性有机碳的去除效果明显，而Ti/Ru0.30Ti0.70O2和Ti/Ir0.15Ru0.15Sn0.70O2等电极则对色度和含共轭双键有机化合物的去除效果较好。

2.3石油化工废水

石油化工废水含有不同碳原子数的烃类及衍生物，具有高毒性和致癌性，其中苯、甲苯、乙苯和二甲苯是这类废水中最有害的污染物。采用电化学高级氧化技术对石油化工废水处理的效率与废水的性质、阳极材料以及操作条件，如电流密度、氯化物浓度和温度等密切相关，其中阳极材料和电流密度的影响更大。石油工业生产水中的氯离子浓度是影响去除效率的重要因素之一。虽然氯离子的存在有助于形成活性氯物种，一定程度地促进有机污染物的降解，实际应用中也证实了这一点，但同时会形成有害的氯衍生物（如有机卤化物、ClO-3和ClO-4）。因此在实际工程应用时，需要提前对可能形成的有害氯衍生物进行鉴别和定量。

2.4造纸工业废水

造纸工业是耗水量和产生废水量最多的行业之一。废水具有高的COD，含有200～300种有机物，包括可吸附有机卤化物、有色化合物、酚、添加剂、溶剂等，部分有机物难降解且具有高毒性，处理此类废水最有效的方法就是电化学高级氧化技术和电絮凝。

3高级氧化技术应用前景和发展方向

随着我国经济的迅猛发展，工业生产中的污水排放而引起的环境污染问题日益严重，我国的工业污水排放量居世界前列，不经处理的污水排放对于生态环境的破坏往往是不可逆转的，而以往比较传统的物理方法或化学方法对于污水的处理效果一般，而高级氧化技术是目前比较先进的工业废水处理技术，但就目前我国工业生产的实际情况来看，高级氧化技术仍然存在成本较高、氧化剂消耗量较大等问题，这也使得高级氧化技术在我国工业生产中的广泛应用受到一定限制，目前来看高级氧化技术在中国的广泛应用还有一定难度，因此，如何将高级氧化

技术与传统的工艺结合起来，如何能够更好的控制氧化剂使用量、提高自由基产生的效率和作用达到污水处理的效果，也是未来研究的方向和思路。

结语

电化学高级氧化技术已在多种工业废水的处理中得到了有效的应用，是一项极具前景的处理技术。但是电极材料的成本问题、规模化应用以及有毒副产物的生成问题仍需进一步深入研究。此外，太阳光电Fenton工艺的应用以及电化学氧化工艺与其它常规工艺组合以降低运行成本、提高处理效率将是未来电化学高级氧化技术在实际应用中的重要发展方向。

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