电解法在水处理中的应用Word格式.docx

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电解法以及微电解法。

电解法其中还包括电催化氧化法，阴极还原法，阳极凝聚法，电浮离法[1]。

微电解法可以与活性炭吸附法[7]，活性污泥法联用，可以达到更好的效果。

一．各类废水的特点

染料废水一般是由漂染行业产生的工业废水，成分比较复杂，常含有多种染料，并且色度很深，毒性强，难降解，COD值很高，一般在1000mg/l以上，有机物含量高。

不适合生化处理。

化学工业污水例如成品罐污水，水质复杂，含油量高，色度高，COD值很高，一般在10000mg/l左右，可生化性很差，并且必须用多种处理方法合用[2]。

二．电化学法的主要原理

1.电解法的主要原理

电解法也称为电化学氧化法。

近年研究表明，电化学技术不仅能够去除重金属，而且能去除COD、BOD、TSS（悬浮固体总量），并具有较好的脱色效果，可以大大提高废水的可生化性。

电解法的工作原理：

电解时，在电解槽中通入一定电压的直流电，当直流电通过电解溶液时，发生离子运动，电解质的阴离子移向阳极，在阳极失去电子而被氧化，阳离子移向阴极，在阴极得到电子而被还原。

利用电解法处理有机废水时，废水中污染物在电解反应作用下产生不溶于水的沉淀物，或生成气体从水中逸出，从而能有效降低COD[2]。

电解法主要是通过电解过程中的絮凝作用、电催化氧化作用、电沉积作用、电气浮作用等对有机物进行降解，在这个氧化还原反应中，主要是通过牺牲阳极而进行的反应，对有机物进行脱色和COD去除。

电解法不需或只需少量化学试剂，因此不会对水质产生二次污染，且易于与其他方法结合使用，有利于对废水进行综合处理。

2.微电解法的主要原理

微电解（micro．electrolysis）法又称为内电解法、铁炭法、铁屑法等，是基于金属腐蚀溶解的电化学原理，依靠废水中形成的微电池的电极反应而使废水中的有机物得以降解。

微电解是以铁屑为原料，铸铁屑中含有铁和碳两种元素，铸铁屑与碳形成无数微电池，铁屑与废水中投加碳粉又构成无数的电解电极；

其中，碳的电位高，为微阴极；

铁的电位低，为微阳极。

微电解法中的填料具有很高的比表面积，可以与废水形成充分的接触，形成良好的传质效果[3]。

三．电化学法的主要特点

1.电解法的主要特点

电解法既有优于其他处理方法的地方，也有它的不足。

电解法的优点是设备相对简单，容易自动控制；

处理过程是干净的，通常不添加化学试剂，避免有二次污染到水质中；

后处理简单，能使有机物彻底氧化；

占地面积少，管理方便，污泥量很少，处理周期短，条件要求较简单，处理成本低。

它的缺点是电流效率仍然很低，经济上不合理，现在研究的电极主要是各种贵金属价格偏高，加工成本太高处理有机污染物的机制讨论的电解法不是非常充分，不能对电极的挑选具体理论起到指示作用，深入研究电化学反应机理，并且床内各点的电流电位分布是非常重要的；

设计出高效合理的反应器，也是必须解决的工业化促进应用的问题这些问题都是要研究的方向，相信这些问题将会解决，电解法也将获得在有机污染物的处理的普遍应用[1]。

2.微电解法的主要特点

微电解填料多为铁屑，例如铸铁废品或炉渣[5]，铸铁主要成分是碳和铁合金及一些杂质，铸铁中的碳化铁是一种极小的颗粒，分散在铁内，当铸铁浸入水中后就形成了无数个微电池，纯铁成为阳极，外加的碳源则成为阴极，这样又组成了宏观上的电池，在中性和偏酸性的环境中，铸铁电极本身极其所产生的新生态的H+、Fe2+等均能与废水中许多组分发生氧化还原反应，破坏有色废水中发色物质的发色结构，达到脱色的目的。

微电解法中的填料具有的作用有：

氧化还原反应，原电池反应，电场作用，物理吸附作用，凝聚作用，电子传递作用[4]。

电极反应中反应产物具有较高的化学活性，其中新生态氢能与印染废水中的许多组分发生氧化还原作用，能破坏发色物质的发色结构，使偶氮键断裂，大分子分解为小分子、硝基化合物还原为胺基化合物，达到脱色的目的，同时使废水的组成向易于生化的方向转变。

填料产生的电场作用可以形成电泳现象，加快其中悬浮物的凝聚成胶体，从而变成大颗粒，易于去除。

另外，用于铁炭微电解法的原料铸铁屑多来自切削工业废料，具有应用范围广泛、处理效果显著、投资少、运行费用低、实用性强等优点。

四．电解法处理废水的研究动态及其机理

1.三维电极[6]

电化学反应器的负荷低是其存在的主要问题。

尤其是反应物浓度低、电极反应速度慢时，就更加迫切需要高效的电解槽。

电化学反应是在电极表面上进行的非均相反应，反应物必须到达界面才能参与反应。

因此，有效提高反应速度的方法就是增大电极表面积，促进反应物的迁移。

这在普通的电解槽中不易实现，而电极立体化的粒子群电极却具有这一优良性能。

在普通电解槽中需很长时间才接近完全的反应，在粒子群电解槽中却能很快完成，这种电极结构被称为三维电极。

三维电极是在传统二维电解槽电极之间装填粒状或其他碎屑状工作电极材料（金属、活性炭、石墨、碳纤维、玻璃炭、二氧化硅等）并使装填工作电极材料的表面带电，成为新的一极，即第三极。

与二维电极相比，三维电极的比表面积增大，而且因为粒子间距小，传质效果极大改善，因而具有较高的电流效率。

当废水电导率较低时，二维电极处理效果不理想，需要投入大量电解质，加大了处理费用，而三维电极在一定程度上克服了这一缺点。

三维电极按照粒子极性可分为单极性和复极性：

单极性填充床是将阻抗较小的粒子作为填充材料，当主电极与导电粒子接触时，粒子带电，并且两个电极之间通常有隔膜存在。

复极性是通过在主电极上施加高压以静电感应使粒子一端成为阴极。

若使用阻抗较小的粒子，如金属、活性炭等，应在外表面涂上绝缘层或添加绝缘体。

此类化学反应器一般填充高阻抗粒子材料，粒子间及粒子与主电极间不导电，因而不会短路。

当主电极间所施加的电压足够高，使导电颗粒沿电场方向的两端的电位降超过阴极和阳极反应的可逆电势时，导电颗粒就在电场的作用下感应而复极化为复极性粒子，即在粒子的一端发生阳极反应，另一端发生阴极反应，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近，传质非常容易。

同时，由于整个电解槽相当于无数个微电池串联组成，因此效率成倍提高[8]。

电极反应的驱动力是床内各点导电颗粒的电位与电解液的电位之差，，其值越大，反应越快，不过差值过大容易发生目的之外的反应。

BPBC所具有的独特性能使其成为废水处理的一种有效手段。

2.催化电极

除了在反应器构造上进行改进以外催化剂的引入无疑也是提高反应器效率的有效途径。

长期以来，受电极材料的限制，电催化氧化降解有机物过程的电流效率很低、电耗很高，难以实用化。

20纪80年代后，国内外许多研究者从研制高电催化活性电极材料入手，以加快反应速度，提高电流效率。

同时对有机物电催化氧化机理和影响降解效率的各种因素也进行了研究，尽管高电催化活性电极材料能够改进直接电化学氧化效率，但产生的·

OH还是有限的，使得电催化直接氧化处理效果并不十分理想。

人们通过间接电化学氧化法，产生强氧化剂来氧化废水中的有机物，以达到强化有效降解有机物的目的。

电催化氧化过程通过阳极反应降解有机物，面临的主要竞争副反应就是阳极氧气的析出。

因而催化电极的一个必要条件是要有较高的析氧超电压。

1968年，钛基涂层电极研制成功。

30年来，钛基涂层电极已发展成金属氧化物电极的主要形式，这一电极体系被称为形稳阳极DSA[9]。

DSA电极的出现，克服了传统的石墨电极、铂电极、铅基合金电极[10]、二氧化铅电极等存在的一些不足，而且为电催化电极的制备提供了一条新思路，即可根据具体电极反应的要求，设计电催化材料的结构、组成，通过材料加工、涂覆工艺，可以使本身不具备结构支撑功能的材料（尤其是大量的具有电催化功能的金属氧化物）在电极反应中获得应用。

30年来围绕DSA电极做了许多工作，包括制备方法、电催化氧化机理等，并已在许多领域获得了应用。

五．结论

电化学法处理印染废水时设备小，占地少，运行管理简单，COD去除率高和脱色效果好，因此电化学技术是处理印染废水的有效方法。

影响电解法的因素[11]主要有

（1）电极材料：

由电解的原理可以看出电极材料的好坏，直接影响着有机物降解效率的高低；

（2）反应器的结构：

早期多采用平板二维结构，三维电极的采用，增加了单元槽体积的电极面积，提高了电解效率和处理量；

（3）电流密度；

（4）电解时间；

除此之外，不同的有机污染物所需的最佳条件也是不同的。

针对不同的工业废水进行实验，可以得到一个最佳反应条件，达到处理效果最好的目的。

六．参考文献

[1]赵雨云.山西晋城.污水中有机污染物处理方法的探究[J]-新农村（黑龙江）2011（7）

[2]项玉婷.青岛.高COD含油污水处理技术研究[D]-中国石油大学

[3]曹志全.大连.微电解反应处理化工废水的实验研究-[A]-科技创新导报2011（35）

[4]董金华.广州.铁屑微电解法处理印染废水的原理[A]-广东化工2011（38）

[5]王艳玲.河南安阳.微电解法处理工业废水在漂染工业上的应用[A]-科教导刊-电子版（上旬）2013（3）

[6]吴丹，史启才.周集体.辽宁大连.电解法废水处理技术的研究进展[J]-辽宁化工2006,35（8）

[7]赵峥.河北廊坊.活性炭在水处理中的应用方法研究与进展[J]-建材发展导向（上）201513（12）

[8]刘永卫.谭小红.LiuYongwei.TanXiaohong微电解法处理焦化废水的研究进展[J]-煤化工2010,38（3）

[9]YXiongPerformanceofthree-phasethree-dimensionalelectrodereactorforthereductionof

CODinsimulatedwastewater-containingphenol2003

[10]ChamarroEmarcoA．UsingofFentonreagenttoimproveorganicchemical

Biodegradability[J]．WaterReserrch．2001，35，1047-1051

[11]韩卫清,薛红民,陈勇,孙秀云,李健生,王连军微电解、A/O和膜生物反应器组合工艺处理高浓度有机氮废水[J]-环境工程2011

（2）

[12].陈月芳,曹丽霞,于璐璐,高琨,刘卉强化微电解法预处理难降解农药废水[J]-环境工程学报2012（7）

[13]FeitzAJ;

JooSH;

GuanJOxidativetransformationofcontaminantsusingcolloidalzero-valent

ironcolloidsandsurfacesA:

Physicochem2005