污水处理技术之8种电化学水处理方法Word下载.docx

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今天笔者为您总结用“电”来处理废水的电化学水处理技术。

电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。

电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为“环境友好”技术。

电化学水处理的发展历程

电化学水处理技术包括电絮凝-电气浮法、电渗析、电吸附、电芬顿、电催化高级氧化等技术，种类繁多，各自都有适用的对象和领域。

污水处理水处理技术电化学水处理01电絮凝-电气浮法

电絮凝法，实际上就是电气浮法，因为絮凝的过程也伴随着气浮的发生，因此可合称为“电絮凝-电气浮法”。

该法通过外电压作用下，产生的可溶性阳极产生阳离子体，阳离子能够对胶体污染物发生凝聚效应。

同时，阴极在电压作用下的析出大量氢气，氢气在上浮的过程中能够将絮体上浮，电凝聚法就这样通过阳极的凝聚和阴极的絮体上浮实现污染物的分离和水的净化。

以金属为溶解性阳极（一般为铝或铁），在电解时产生的Al3+或Fe3+离子生成电活性絮凝剂，来压缩胶体双电层使其脱稳，以及吸附架桥网捕作用来实现的：

一方面形成的电活性絮凝剂M（OH）n，被称为可溶性多核羟基配合物，作为混凝剂能快速有效地凝聚污水中的胶体悬浮物（细微油珠和机械杂质）并“架桥”联接，凝成“大块”而加速分离.

另一方面胶体在Al盐或Fe盐等电解质作用下压缩双电层，因库仑效应或凝结剂的吸附作用，导致胶体凝聚而实现分离，发生电絮凝剂。

虽然电活性絮凝剂的电化学活性（寿命）仅几分钟，但对双电层电位差影响极大，即对胶体粒子或悬浮微粒的凝聚作用极强。

因而，其吸附能力与活度，比加入铝盐试剂的化学方法高得多，且用量少，成本低，不受环境、水温及生物杂质的影响，亦不会发生铝盐与水的氢氧化的副反应，因而所处理污水的酸碱度范围就较宽。

另外，阴极表面释放出的细小气泡加速了胶体的碰撞和分离过程.阳极表面的直接电氧化作用和Cl-转化成活性氯的间接电氧化作用对水中溶解性有机物和还原性无机物有很强的氧化能力，阴极释放出的新生态氢和阳极释放出的新生态氧具有较强的氧化还原能力。

因此，电化学反应器内进行的化学过程是及其复杂的。

在反应器中同时发生了电絮凝、电气浮和电氧化过程，水中的溶解性胶体和悬浮态污染物在混凝、气浮和氧化作用下均可以得到有效转化和去除。

02电沉积水处理技术

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。

电沉积水处理法根据这种原理，能够将废水中的金属离子通过这种无害的反应收回，非常绿色环保。

通过电沉积法进行污水处理的关键在于选择适宜的电势。

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高低，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。

因此，电沉积法水处理设备的核心往往在于设计合理高效的新型电极结构电解槽。

这样，就能够水体中的不同污染物和不同生产状况，选择不同的电解槽进行处理。

03电化学氧化

广义的电化学氧化实际上就是指电化学的整个过程，是根据氧化还原反应的原理，在电极上发生直接或者间接的电化学反应，从而将污染物从废水中减少或去除。

而狭义的电化学氧化是特指阳极过程，在电解槽中放入有机物的溶液或悬浮液，通过直流电，在阳极上夺取电子使有机物氧化或是先使低价金属氧化为高价金属离子，然后高价金属离子再使有机物氧化的方法。

通常，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。

电化学氧化分为直接氧化和间接氧化两种。

直接氧化（直接电解）是指污染物在电极上直接被氧化而从废水中去除，又可分为阳极过程和阴极过程。

阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，从而达到削减、去除污染物的目的。

阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，主要用于卤代烃的还原脱卤和重金属的回收。

这一阴极过程，又可称为电化学还原，是利用不锈钢阴极或Ti基镀Pt电极授予电子，相当于还原剂将Cr6+、Hg2+等重金属离子还原沉积出来。

高氧化态离子还原为低氧化态（六价铬变为三价铬）；

含氯有机物还原脱氯，转化为低毒或无毒物质，提高生物可降解性：

R-Cl+H++e→R-H+Cl-

间接氧化（间接电解）是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，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）是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。

不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有强氧化性的Cl2、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应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、·

HO、·

HO2（超氧化氢自由基）、·

O2-（超氧阴离子自由基）等自由基，降解消除水中的氰、酚以及COD、S2-等污染物，最终转化为无害物质。

污水处理水处理技术电化学水处理对于阳极直接氧化而言，如反应物浓度过低会导致电化学表面反应受传质步骤限制;

对于间接氧化，则不存在这种限制。

在直接或间接氧化过程中，一般都伴有析出H2或O2的副反应，但通过电极材料的选择和电势控制可使副反应得到抑制。

电化学氧化法对于海洋油田废水、印染废水、高浓度的渗滤液、富含氨氮和氰的废水等有机物浓度高、组分复杂、难降解物质多、色度大的废水，取得了较好的结果。

电化学氧化技术借助具有电化学活性的阳极材料，能有效形成氧化能力极强的羟基自由基，既能使持久性有机污染物发生分解并转化为无毒性的可生化降解物质，又可将之完全矿化为二氧化碳或碳酸盐等物质。

04微电解法水处理技术

20世纪70年代，前苏联的科学工作者把铁屑用于印染废水的处理，从此微电解法开始应用到废水治理中。

而我国从20世纪80年代开始这一领域的研究。

随着研究的深入，铁碳微电解法处理废水的工艺也日趋成熟。

在难降解工业废水的处理技术中，微电解技术正日益受到重视，并已在工程实际中得到广泛应用。

微电解法原理同样比较简单，是利用金属腐蚀原理，形成原电池对废水进行处理的工艺。

该法使用废铁屑为原料，无需消耗电力资源，具有“以废治废”的意义。

具体来讲，微电解法的内电解柱内的往往使用废铁屑和活性炭等材料作为填充物，通过化学反应产生有较强还原性的Fe2+离子，能够将废水中某些具有氧化性质的成分还原；

另外可以利用Fe（OH）2絮凝性进行水处理；

活性C具有吸附作用，可吸附有机物及微生物；

因此，微电解法就是通过铁-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。

内电解水处理法的最大优点在于不消耗能源，而且该方法能够将污水中的多种污染成分和色度去除，同时能提高难降解物的可生化性。

微电解水处理技术一般作为其他水处理技术的预处理法或者补充方法结合使用，从而提高废水的可处理性和可生化性。

但与此同时，微电解水处理法也有缺点，最大的缺点是反应速度比较慢，反应器易阻塞，处理高浓度废水比较困难。

铁碳微电解技术作为一种新的废水处理手段最初应用于印染废水的处理，并取得良好的效果。

另外在对造纸废水、制药废水、焦化废水、高盐度有机废水和电镀废水、石油化废水、农药废水及含砷含氰废水的治理等众多富含有机物的废水处理中也有大量研究与应用。

在有机废水的处理当中，通过新生态的亚铁离子还原有机物中的氧化性基团有吸附、絮凝、络合和电沉积等作用，微电解法不但可以去除其中有机物、还可以去除COD及提高可生化性，为进一步处理创造条件。

在实际应用中，铁碳微电解法体现出了其较大的优势，前景较好，但同时也存在板结、pH调节等问题，这些问题都限制了该工艺的进一步发展，这需要我们环境工作者做进一步的研究，为铁碳微电解技术处理大规模的工业废水创造更为有利的条件。

05电渗析水处理技术

电渗析（ED）是在直流电场作用下，利用半透膜的选择透过性，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）透过膜定向迁移，从水溶液和其他不带电组分中分离出来，从而实现对溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的目的。

目前电渗折技术己发展成一个大规模的化工单元过程，在膜分离领域占有重要地位。

广泛应用于化工脱盐，海水淡化，食品医药和废水处理等领域，在某些地区已成为饮用水的主要生产方法，具有能量消耗少，经济效益显著；

预处理简便，设备经久耐用；

装置设计与系统应用灵活，操作维修方便，工艺过程洁净，药剂耗量少，不污染环境，装置使用寿命长，原水的回收率高（一般能达到65～80%）等优点。

常见的电渗析技术有填充床电渗析（EDI，又称电脱离子法）；

倒极电渗析（EDR）；

液膜电渗析（EDLM；

高温电渗析；

卷式电渗析；

无极水电渗析技术等。

电渗析可用于电镀废水、重金属废水等的处理，提取废水中的金属离子等，既能回收利用水和有用资源，又减少了污染排放。

万诗贵等自制离子膜电解槽研究了铜生产过程中钝化液处理的可行性，结果发现，不仅可以回收其中的铜和锌，而且将Cr3+氧化成Cr6+，再生了钝化液。

K.N.Njau则利用膜电解从镀镍废液中电沉积出镍。

电渗析法与离子交换法结合从酸洗废液中回收重金属和酸的工艺已在工业上应用。

王方设计的以阳树脂为主的阴、阳树脂分层填充的电去离子装置，对重金属废水进行处理，可以实现重金属废水的回收和利用，达到闭路循环和零排放。

电渗析还可以用于碱性废水及有机废水的处理。

污染控制与资源化研究国家重点实验室对采用离子膜电解法对处理环氧丙烷氯醇化尾气碱洗废水进行了研究。

在电解电压5.0V时，循环处理3h，废水COD去除率可达78%，废水中碱回收率可达73.55%，为后续生化单元起到良好的预处理作用。

齐鲁石油化工公司利用电渗析法处理高浓度复合有机酸废水，浓度为3%～15%，无废渣及二次污染，得到的浓溶液含酸20%～40%，可以回收处理，废水中含酸量可降至0.05%～0.3%。

川化股份有限公司采用特殊电渗析装置处理冷凝废水，最大处理量为36t/h，浓水中硝酸铵体积百分比含量为20%，回收率达96%以上，合格淡水排放水中氨氮质量分数含量≤40mg/L。

污水处理水处理技术电化学水处理06电吸附

电吸附技术（EST），又称电容性除盐技术，是20世纪六七十年代开始理论研究，90年代末逐渐应用的一项新型水处理技术，它是基于电化学中的双电层理论，利用带电电极表面的电化学特性来实现水中离子的分离，进而去除的目的。

电吸附技术水处理过程中，水中的盐大多是以阴阳离子（或称正负离子）的形式存在。

所谓“电化学中的双电层理论”，就相当于在水中安装一个平板电容，通过施加外加电压形成静电场，两个电极板分别带正负电荷，强制离子向带有相反电荷的电极板上移动，阴离子向正极板移动并聚集，阳离子向负极板移动并聚集，这样使水体本身盐度降低，实现了除盐的效果。

电吸附工作原理