水處理電化學(xué)技術(shù)
一、電化學(xué)水處理技術(shù)的發(fā)展概況
20世紀(jì)60年代初期，隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電解法開始引起人們的注意。傳統(tǒng)的電解反應(yīng)器采用的是二維平板電極， 這種反應(yīng)器有效電極面積很小，傳質(zhì)問題不能很好地解決。而在工業(yè)生產(chǎn)中，要求有高的電極反應(yīng)速度，所以客觀上需要開發(fā)新型、高效的電解反應(yīng)器。
1969 年， Backnurst等提出流化床電極(Fluid Bed Electrode簡稱FBE) 的設(shè)計(jì)。這種電極與平板電極不同，有一定的立體構(gòu)型，比表面積是平板電極的幾十倍甚至上百倍，電解液在孔道內(nèi)流動(dòng)，電解反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)過程得到很大的改善。
1973年，M.Fleischm amm與F.Goodridge等研制成功了雙極性固定床電極(Bipolar Packed Bed Electrode簡稱BPBE)。內(nèi)電極材料在高梯度電場的作用下復(fù)極化，形成雙極粒子，分別在小顆粒兩端發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，每一個(gè)顆粒都相當(dāng)于一個(gè)微電解池。由于每個(gè)微電解池的陰極和陽極距離很小，遷移就容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于整個(gè)電解槽相當(dāng)于無數(shù)個(gè)微電解池串聯(lián)組成，因此效率大大提高。
二、電化學(xué)水處理技術(shù)
電化學(xué)水處理技術(shù)的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化，即直接電解和間接電解。
1.直接電解
直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中去除。直接電解可分為陽極過程和陰極過程。陽極過程就是污染物在陽極表面氧化而轉(zhuǎn)化成毒性較小的物質(zhì)或易生物降解的物質(zhì)，甚至發(fā)生有機(jī)物無機(jī)化，從而達(dá)到削減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除，主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。
2.間接電解
間接電解是指利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑或催化劑，使污染物轉(zhuǎn)化成毒性更小的物質(zhì)。間接電解分為可逆過程和不可逆過程？赡孢^程（媒介電化學(xué)氧化）是指氧化還原物在電解過程中可電化學(xué)再生和循環(huán)使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)，如具有強(qiáng)氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、H2O2和O3等氧化有機(jī)物的過程，還可以利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的中間體， 包括溶劑化電子、·HO、·HO2、O2-等自由基。
另外根據(jù)具體的使用方法還可分為：
1.電凝聚電氣浮法
在外電壓作用下，可溶性陽極（鐵或鋁）被氧化產(chǎn)生大量陽離子繼而形成膠體使廢水中的污物凝聚，同時(shí)在陰極上產(chǎn)生的大量氫氣形成微氣泡與絮粒粘附在一起上浮，這種方法稱為電凝聚電氣浮。在電凝聚中，常常用鐵鋁做陽極材料。
2.電沉積法
利用電解液中不同金屬組分的電勢差，使自由態(tài)或結(jié)合態(tài)的溶解性金屬在陰極析出。適宜的電勢是電沉積發(fā)生的關(guān)鍵。無論金屬處于何種狀態(tài)，均可根據(jù)溶液中離子活度的大小，由能斯特方程確定電勢的高低，同時(shí)溶液組成、溫度、超電勢和電極材料等也會(huì)影響電沉積過程。
3.電化學(xué)氧化
電化學(xué)氧化分為直接氧化和間接氧化兩種，屬于陽極過程。直接氧化是通過陽極氧化使污染物直接轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)；間接氧化則是通過陽極反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的中間物質(zhì)或發(fā)生陽極反應(yīng)之外的中間反應(yīng)，使被處理污染物氧化，最終轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。對于陽極直接氧化而言，如反應(yīng)物濃度過低會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)表面反應(yīng)受傳質(zhì)步驟限制;對于間接氧化，則不存在這種限制。在直接或間接氧化過程中，一般都伴有析出H2 或O2 的副反應(yīng)，但通過電極材料的選擇和電勢控制可使副反應(yīng)得到抑制。
4.光電化學(xué)氧化
通過半導(dǎo)體材料吸收可見光和紫外光的能量，產(chǎn)生“電子-空穴”對，并儲(chǔ)存多余的能量，使得半導(dǎo)體粒子能夠克服熱動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的屏障，作為催化劑使用，進(jìn)行一些催化反應(yīng)。
5.電滲析
依靠在電場作用下選擇性透過膜的獨(dú)特功能，使離子從一種溶液進(jìn)入另一種溶液中，達(dá)到對離子化污染物的分離和濃縮。利用電滲析處理金屬離子時(shí)并不能直接回收到固體金屬，但能得到濃縮的鹽溶液，并使出水水質(zhì)得到明顯改善。目前研究最多的是單陽膜電滲析法。
6.電化學(xué)膜分離
利用膜兩側(cè)的電勢差進(jìn)行的分離過程。常用于氣態(tài)污染物的分離。
三、電化學(xué)水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
(1) 過程中產(chǎn)生的·OH自由基可以直接與廢水中的有機(jī)污染物反應(yīng)， 將其降解為二氧化碳、水和簡單有機(jī)物， 沒有或很少產(chǎn)生二次污染，是一種環(huán)境友好技術(shù)(Environm ent Friendly Technology)；
(2) 能量效率高， 電化學(xué)過程一般在常溫常壓下就可進(jìn)行；
(3) 電化學(xué)方法既可以單獨(dú)使用， 又可以與其他處理方法結(jié)合使用， 如作為前處理方法， 可以提高廢水的生物降解性；
(4) 電解設(shè)備及其操作一般比較簡單， 費(fèi)用較低。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
