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电化学水处理技术

来源: 作者: 发布时间:2013-09-05  

电化学处理方法是指在特定的电化学反应器内,通过设计的电极反应以及由此而引起的一系列的化学反应、电化学过程或物理过程,达到污染物降解转化的目的。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。

1 电化学水处理的基本原理

电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学转化而从废水中减少或去除。它可分为直接电解和间接电解。

1.1 直接电解

直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除。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表面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。

1.2 间接电解

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,如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H2O2O3 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 等自由基。

2 电化学水处理的主要技术方法及其运用

电化学废水处理技术主要包括:电凝聚气浮法、微电解法、电化学氧化法电渗析法、电吸附法。下面分别介绍它们的基本原理及研究应用情况。

2.1 电凝聚气浮法

电凝聚气浮法是采用可溶性阳极(FeAl ),生成Fe2+Fe3+A13+等大量阳离子,通过絮凝生成Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3 等沉淀物,以去除水中的污染物。同时,阴极上产生大量的氢气微气泡,阳极上产生大量的氧气微气泡,与絮凝污物一起上浮并从废水中除去。其电极上的基本反应是:

阳极氧化: Fe−2eFe2+ Eθ(Fe2+/Fe) = − 0.440 V

Fe-3eFe3+   Eθ(Fe3+ /Fe) = − 0.037 V

阴极还原:2H+2e H2  Eθ(H/H 2) = −0.000 V

主反应:  Fe+2H2OFe(OH)2+H2   

4Fe+10H2O4Fe(OH)3+4H2

影响电凝聚气浮法处理效果的因素包括废水的物理化学性质与电化学参数。前者主要有pH、电导率阴离子种类和数量、阳离子种类和数量、水温等;后者主要有电极材料、电流密度、极间距、外加电压以及电解时间等。采用电凝聚气浮法处理卫河水,当COD 浓度为977.6 mg/L,浊度为140.7 NTU,色度大于2 000 时,处理的最佳工艺条件为:电流强度1.5 ApH 6~8、电解时间20 minCOD 浓度的去除率最高达到94 %,浊度去除率可达83 %。电凝聚气浮法在有效去除有机物的同时,能高效脱色,脱色率可达96 %以上。处理后水的浊度、色度、COD 浓度等均达到国家排放标准。将脉冲电源和直流电源分别作为电凝聚气浮法处理厨房废水的外加电源,试验探明其对废水电解处理的电能消耗和COD 去除率的影响,并分析废水脉冲电解处理节能高效的原因。试验结果表明,脉冲电流占空比60 %,频率1000 Hz 相对直流电流能够更加有效减缓电极的极化,降低电极过电位,使电能消耗降低15 %35 %;在脉冲电凝聚气浮法处理废水过程中电流效率稳定、Fe2+能够有效扩散到废水中,使去污效果增强5 %7 %

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