电化学处理废水研究综述

电化学处理废水研究综述

李婧 宋娜 杨鑫欣 邓鸿铭 雷文波

北京科技大学天津学院 天津 301830

[摘要]：随着我国的经济水平迅速发展，工业废水和生活废水的组成越来越复杂，处理废水目前有很多种方法，其中电化学处理废水更是一种广泛应用的净化技术。本文介绍了电絮凝、氧化法、电浮法、电渗析法作用原理，举例说明了电化学技术处理废水的应用

[关键词]：电化学 废水处理 电极

废水包括工业废水、生活废水和部分雨水等无用水 。由于工业发展加快，工业用水量逐渐增加，工业废水的排放量也随着逐年增长，工业废水组成成分复杂、难降解、毒害大等。若不能有效的治理，就会对环境和人类造成难以想象的威胁。^[1]

废水处理使其达标的方法有物理法，化学法，生物法以及她们的综合应用。活性污泥法就属于最普遍通的处理方法，这种方法处理速率慢，很难达到想要的效果。

电化学处理废水技术是一种洁净处理方法，具有高效、可控性好的利用废水中的电解质溶液在电流的作用下存在电子得失的氧化还原反应，使有毒有害物质转化成沉淀或气体技术，而且在电化学过程中，不会产生二次污染并且可以同时进行多个污染物的去除。是一种对环境无污染的绿色技术。^[2]但是在实际应用中，电化学用电量大、能耗大，而且电极材料又属于消耗品，这些都增加了电化学处理废水的成本，一定程度上限制了电化学的发展。

1.电化学处理废水原理

1.1电絮凝法

电絮凝法是利用铝或铁阳极在电流作用下溶解生成铝或铁的氢氧化物，在水中将污染物凝聚成胶体物质，使之达到净化废水的化学方法。

1.2氧化法

电化学氧化法通过直流电，在阳极上夺取电子使污染物氧化或阳极的催化活性降解污染物。根据氧化的作用机理不一样，又可分为直接氧化法和间接氧化法。

1.2.1直接氧化法

直接氧化法就是污染物在电极上直接进行电子传递被氧化的方法。直接氧化法的作用是指溶液中•OH基团内的氧化作容用，它是由水通过电化学作用产生的，该基团具有很强的氧化活性，对作用物几乎无选择性。

1.2.2间接氧化法

间接氧化法是在通电的情况下，阳极表面产生大量的自由基（如·OH），这些自由基都具有很强的氧化性，能将电解液中有机分子的其他被氧化物质氧化。

若水中含有高浓度的Cl^-时，Cl^-在阳极放出电子，形成Cl₂，进一步在溶液中形成ClO^-，溶液中的Cl2/ClO^-的氧化作用能有效去除废水中的COD及NH3-N。

1.3还原法

电化学还原是在阴极发生还原反应,去除废水中的污染物。一些毒害有机物,如硝基芳香烃类、芳香烃类等难以化学氧化,却较易化学还原。还原后的产物对微生物的毒性和抑制性都大大减弱。可提高废水可生化性。

1.4电浮法

电解气浮工艺是一种运用电化学方法去除固态颗粒、油污的废水处理单元操作方法。在阴极、阳极表面会产生如氢气，氧气和氯气等微小气泡。这些气泡的粒径和密度很小，具有很强的粘连性去获取和浮载能力，可以吸附电解过程中产生的物质以及水中的悬浮物等颗粒上升到水面，从而达到分离净化的目的。

1.5电渗析法

电渗析技术是在正负电极之间交替地排列阴，阳离子交换膜，用组成淡化和浓缩的两个系统特制成隔板隔开，以电解质在直流电场形成的电位差作为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，将电解质从溶液中分离出来，达到溶液的淡化、精制、浓缩和提纯。

1.6电解-电渗析连用法

目前已经发现单独使用电渗析法处理废水对于废水中部分带电的有机物并不能有效的去除干净,甚至还会导致膜污染的现象并且降低脱盐效率。然而电化学高级氧化可以有效降解废水中的有机物,削减其毒性,所以可以将电化学氧化技术和电渗析技术进行耦合,并且釆用三室电解电渗析机器去处理废水。电解-电渗析工艺中操作电压、进水盐分和有机物含量对其运行效果存在显著的影响,操作电压过高会导致极化现象的出现,降低电流效率,在一定范围内进水盐分越高电解电渗析的电流效率越高,同时有机物去除效率越好。^[3]

2.电化学技术处理废水的应用

（1）徐灵，王成端等人^[4]分析研究了各种电化学处理的优缺点，最终选择了一种膜技术与电化学的组合工艺。就是用超滤过程净化浓缩废水，在从电解过程回收重金属,实现了废水和重金属的回收使用，来达到降低损耗的目的。

（2）吴星五，高廷耀等^[5]研究电极电解产生的强氧化剂进行杀菌、除去水箱中的铁杂质的实验。结果表明通过此方法杀菌率，除铁率均可达到99%，水中DO的变化确认有杀藻效果。用此方法处理后的水冲洗小便池,能消除尿垢。

（3）电化学处理印染废水通常采用电化学氧化法。但是由于印染废水中的悬浮物和胶质固体阻止发生电化学反应，所以就不容易反应完全，就会使能耗增大。Kim等^[6]设计的流化床生物膜-化学絮凝-电化学氧化组合工艺，COD去除率可达到95. 4%,色度去除率为98 5%。这项技术已成为难处里废水的热点。

（4）乳化油是粒度为0.1~10μm的极细油滴，电气浮法电解产生的气泡微小且均匀有着极强的捕捉杂质能力，所以去油能力强。徐红，刘德佳等^[7]用电化学氧化超滤组合工艺对炼油二级进行了处理和回用研究，使之达到炼油废水回用标准。

（5）日本家精炼钢厂通过电渗析-离子交换-电渗析组合工艺利用，实现了镀镍废水的闭路循环。实现了资源回收利用而且减少了污染环境。我国徐传宁^[8]用电渗析技术处理含铬电镀废水，有效地净化了漂洗废水，使Cr⁶⁺离子得到回收，废水中的Cr⁶⁺离子浓度达到国家废水排放标准。

（6）曹宏斌,李玉萍等^[9]利用电解-生物耦合技术处理酸性红A染料废水,当外加电流为300 mA时,水中酸性红A和COD的去除率分别可达到79%和84%,高于没有电流作用时的59%和76%。

3.结语

目前，对于环境保护我国已经有了一定的提升，废水处理能力也逐渐增加。目前的处理废水的方法以及电化学处理废水法都有它们的优缺点。电化学法处理目前也有许多不完善的地方，虽然它的适应能力极强而且处理废水时不会产生二次污染是一种洁净的方法，但是耗电大，消耗电极材料可能还会有一些有机物处理不干净。所以未来应该着重研究如何使电化学技术效果最大化，且消耗最小化。 这些问题值得我们思考并探究，电化学方法在废水处理领域的应用必会越来越广泛，越来越成熟。

4参考文献

[1] 苏丹丹, 杨晓霞, 贾庆明,电化学处理废水研究进展[J]. 化工技术与开发, 2010(09):38-41.

[2]杨骥, 贾金平, 新型电化学废水处理技术[C].中国化学会, 2009.

[3]李文颖，固体氧化物电解池共电解二氧化碳和水机理及性能研究[D] .

[4]徐灵，王成瑞，姚岚,重金属废水处理技术分析与优选[J].广州化工，2006,34（6）：44~46.

[5]吴星五,高廷耀,工业用水与废水.2001 ,32(1)：6~9

[6]徐红,刘德佳,姜梅等.电化学氧化-超滤组合工艺在炼油厂水处理中的应用[J]石油炼制与化工，2006,37(7): 62~66

[7]徐传宁,电渗析处理含铬废水，净化技术，1 993，2：25．27．

[8]曹宏斌,李玉平,陈燕丽等.电解.生物耦合技术处理酸性红A染料废水[J]过程工程学报，2003, 3(6):570~ 575