2023年《安全环境环保技术》之水处理电化学技术.docx

水处理电化学技术         一、电化学水处理技术的开展概况         20世纪60年代初期，随着电力工业的迅速开展，电解法开始引起人们的注意。传统的电解反响器采用的是二维平板电极， 这种反响器有效电极面积很小，传质问题不能很好地解决。而在工业生产中，要求有高的电极反响速度，所以客观上需要开发新型、高效的电解反响器。         1969 年， Backnurst等提出流化床电极(Fluid Bed Electrode简称FBE) 的设计。这种电极与平板电极不同，有一定的立体构型，比外表积是平板电极的几十倍甚至上百倍，电解液在孔道内流动，电解反响器内的传质过程得到很大的改善。         1973年，M.Fleischm amm与F.Goodridge等研制成功了双极性固定床电极(Bipolar Packed Bed Electrode简称BPBE)。内电极材料在高梯度电场的作用下复极化，形成双极粒子，分别在小颗粒两端发生氧化-复原反响，每一个颗粒都相当于一个微电解池。由于每个微电解池的阴极和阳极距离很小，迁移就容易实现。同时，由于整个电解槽相当于无数个微电解池串联组成，因此效率大大提高。         二、电化学水处理技术         电化学水处理技术的根本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反响或间接电化学转化，即直接电解和间接电解。         1.直接电解         直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或复原而从中去除。直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极外表氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而到达削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极外表复原而得以去除，主要用于卤代烃的复原脱卤和重金属的。         2.间接电解         间接电解是指利用电化学产生的氧化复原物质作为反响剂或催化剂，使污染物转化成毒性更小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程（媒介电化学氧化）是指氧化复原物在电解过程中可电化学和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反响产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H2O2和O3等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反响产生强氧化性的中间体， 包括溶剂化电子、·HO、·HO2、O2-等自由基。         另外根据具体的使用方法还可分为：         1.电凝聚电气浮法         在外电压作用下，可溶性阳极（铁或铝）被氧化产生大量阳离子继而形成胶体使中的污物凝聚，同时在阴极上产生的大量氢气形成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，常常用铁铝做阳极材料。         2.电沉积法         利用电解液中不同金属组分的电势差，使自由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。适宜的电势是电沉积发生的关键。无论金属处于何种状态，均可根据溶液中离子活度的大小，由能斯特方程确定电势的上下，同时溶液组成、温度、超电势和电极材料等也会影响电沉积过程。         3.电化学氧化         电化学氧化分为直接氧化和间接氧化两种，属于阳极过程。直接氧化是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质；间接氧化那么是通过阳极反响产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反响之外的中间反响，使被处理污染物氧化，最终转化为无害物质。对于阳极直接氧化而言，如反响物浓度过低会导致电化学外表反响受传质步骤限制;对于间接氧化，那么不存在这种限制。在直接或间接氧化过程中，一般都伴有析出H2 或O2 的副反响，但通过电极材料的选择和电势控制可使副反响得到抑制。         4.光电化学氧化         通过半导体材料吸收可见光和紫外光的能量，产生“电子-空穴〞对，并储存多余的能量，使得半导体粒子能够克服热动力学反响的屏障，作为催化剂使用，进行一些催化反响。         5.电渗析         依靠在电场作用下选择性透过膜的独特功能，使离子从一种溶液进入另一种溶液中，到达对离子化污染物的别离和浓缩。利用电渗析处理金属离子时并不能直接到固体金属，但能得到浓缩的盐溶液，并使出水水质得到明显改善。目前研究最多的是单阳膜电渗析法。         6.电化学膜别离         利用膜两侧的电势差进行的别离过程。常用于气态污染物的别离。         三、电化学水处理技术的优点         (1) 过程中产生的·OH自由基可以直接与中的有机污染物反响， 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，是一种环境友好技术(Environm ent Friendly Technology)；         (2) 能量效率高， 电化学过程一般在常温常压下就可进行；         (3) 电化学方法既可以单独使用， 又可以与其他处理方法结合使用， 如作为前处理方法， 可以提高废水的生物降解性；         (4) 电解设备及其操作一般比较简单， 费用较低。