电化学水处理技术的研究和应用

电化学水处理技术的研究和应用应化一班李季112030420

摘要:介绍了电化学技术的分类,总结了电化学技术在处理有机废水、重金属离子废水和氨氮废水方面的研究及应用现状,并指出了该技术在目前的应用中所存在的一些问题,探讨了今后的发展方向。

关键词:电化学；有机污染物；重金属离子；氨氮；废水处理

Abstract:The classification of the electrochemical technologies was introduced in detail.The research and application status of electrochemical technologies in treatment of organic wastewater, heavy metal ions wastewater and ammonia wastewater were summarized.Some problems during the application of the technology were discussed and the future development direction was pointed out.

Keywords:Electrochemistry;organic pollutant; heavymetals ion;wastewater treatment

随着世界各国工业的迅猛发展，废水的排放量急剧增加，尤其是化学、农药、染料、医药、食品等行业排放的废水，其浓度高、色度大、毒性强，含有大量生物难降解的成分，给全球带来了严重的水体污染。以往常用的废水处理技术主要有物理法、化学法、生物法，其中，物理法、化学法容易引起二次污染；生物法以其经济性和较高的处理效率成为目前使用广泛的、能使污染物最终无机化、矿物化的方法，但它只能有效地处理生物相容的有机物。当废水中含有难降解有机物或生物毒性污染物时（如许多芳香烃及其衍生物），直接利用生物法处理该种废水则面临着极大的挑战，尽管已提出利用酶去除某些芳香烃化合物，可是酶的活性等问题仍需解决。近年来，一种高级氧化技术（Advanced Oxidation Technologies，AOT），即利用光、声、电、磁或无毒试剂催化氧化技术处理有机废水，尤其是那些难于生化降解、对人类健康危害极大的“三致”（致癌、致畸、致突变）有机污染物，已成为当前世界水处理相当活跃的领域。电化学水处理技术是高级氧化技术的一种，因其具有其他水处理技术无法比拟的优点，近年来已受到国内外的广泛关注[1]。

1电化学水处理技术的优点

电化学水处理技术是指在外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，产生大量的自由基，进而利用自由基的强氧化性对废水中的污染物进行降解的技术过程［］，是高级氧化技术的一种。作为一种清洁的处理工艺，电化学技术与其他水处理技术相比，具有无法比拟的优点[2]：

(1) 具有多功能性。电化学技术除可用电化学氧化还原反应使毒物降解、转化外，还可用于悬浮物或胶体体系的相分离（如电浮选分离）等。电化学技术的这种多功能性使电化学技术具有广泛的选择性，在废水、废气、有毒物处理等多方面发挥作用。

(2) 具有高度的灵活性。电化学技术兼具气浮、絮凝、杀菌等多功能，必要时，阴极、阳极可同时发挥作用。它既可以作单独处理工艺使用，也可以与其他处理工艺相结合，如作为前处理，可将难降解的有机物或生物毒性污染物转化为可生物降解物质，从而提高废水的可生物降解性。

(3) 无污染或少污染性。电化学过程中产生的·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、水和简单的有机物，没有或很少产生二次污染。电子是电化学反应的主要反应物，而且电子转移只在电极与废物组分之间进行，不需添加任何氧化剂、还原剂，避免了由于添加化学药剂而引起的二次污染，而且还可通过控制电位，使电极反应具有高度的选择性，防止副反应发生。

(4) 易于控制性。电化学过程一般在常温常压下进行，其化学过程的主要运行参数是电流和电位，易于控制和测定。因此，整个过程的可控程度乃至自动控制水平都较高，易于实现自动控制。

(5) 经济性。电化学系统设备相对简单，设计合理的系统，其能量效率也比较高，因此，操作与维护费用低。同时，作为一种清洁的处理工艺，其设备占地面积小，特别适用于人口拥挤城市的污水处理。

近年来，随着电力工业的快速发展，电化学污水处理技术在电力领域得以应用。与其他废水处理方法相比，由于电化学水处理技术的诸多优点，受到国内外的关注。随着电极材料的开发、反应器的研制及对传统电化学工艺的改进，电化学水处理技术必将得到更广泛的应用。

2电化学废水处理技术[3]

2.1电凝聚法

电凝聚法也叫电气浮法，即在外电压作用下利用可溶性阳极(铁或铝)产生大量阳离子，对胶体污染物进行凝聚，同时阴极上析出大量氢气微气泡，与絮体粘附在一起上浮，从而实现污染物的分离。电凝聚法中，通常采用的阳极材料为金属铝或铁，由于该方法在消耗铝材的同时还消耗大量的能源，因而它的应用受到了一定的限制。当前的发展方向是通过改进电源技术、研究新型电极材料及结构，使电能消耗和材料消耗进一步降低。

2.2电化学氧化法

电化学氧化原理是：有机物的某些官能团具有电化学活性，通过电场的强制作用，官能团结构发生变化，从而改变了有机物的化学性质，使其毒性减弱以至消失，增强了生物可降解性。电化学氧化法主要分为直接氧化法和间接氧化法两种。直接氧化法是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质；间接氧化法则是通过阳极反应之外的中间反应，使污染物氧化，最终转化为无害物质。通过改进电极结构，可以提高污染物的去除效果，并降低能耗。

2.3电沉积法

电解液中不同金属组分的电势差，使得自由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。电沉积法在处理低浓度金属离子废水的同时能回收金属，且无二次污染。适宜的电势是电沉积发生的关键。该法处理含金属离子废水的技术核心是新型电极结构电解槽的设计。针对不同污染物和不同生产状况，可采用不同的电解槽进行处理。

2.4内电解法

内电解法原理是：具有较强还原性的Fe2+使废水中某些氧化组分还原；Fe(OH)2具有絮凝作用；活性炭具有吸附作用，可吸附有机物及微生物；铁-碳构成的原电池产生微弱电流，对微生物的生长和代谢具有刺激作用。内电解法能“以废治废”，不消耗能源，能去除废水中多种污染成分和色度，还能提高难降解物的可生化性。内电解柱内的填料一般为废铁屑和活性炭(或石墨)，再辅以疏松剂。该法通常作为预处理方法与其他方法结合使用，提高废水的可生化性，为进一步处理创造有利条件。该技术的缺点：一是反应速度比较慢，反应器易阻塞，处理高浓度废水比较困难；二是由于在反应过程中有铁损耗，需不断地补充铁屑；三