电化学处理废水的新技术及其应用

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电化学高级氧化技术在工业废水处理中的应用

作者：李杰

来源：《科学导报·学术》2018年第33期

摘 要：工业废水通常具有污染物浓度高，组分复杂，难降解等特点，若未经有效处理就排放，会对环境产生恶劣影响。随着人们环保意识的增强，排放标准的提高，传统的常规工艺往往难以满足环保要求，通常需要增加深度处理工艺，比如高级氧化、膜技术、超声波降解等。电化学氧化技术是高级氧化技术的一种，具有污染物去除效果好、可控性强，无二次污染等特点，对含盐量高、难生化降解的工业废水具有良好的处理效果。在该技术中，电极材料对处理效果有着至关重要的影响。

关键词：电化学；高级氧化技术；工业废水处理

1电化学法的原理

电化学法是通过选定具有催化活性的电极材料，在电极反应中产生·OH，达到分解污染物的目的常见的电化学高级氧化技术包括阳极氧化技术（AO）、电Fenton技术（EF），以及光电Fenton（PEF）和太阳光电Fenton（SPEF）技术，此外还有电化学絮凝、电化学过氧化和超声波电Fenton等技术。阳极氧化技术是指有机污染物在阳极表面通过电子转移直接被氧化或被阳极表面产生的·OH、H2O2、O3、活性氯物种和过硫酸盐等强氧化物而降解。电Fenton技术是通过电化学生成的H2O2与加入的Fe2+在体系中发生Fenton反应并产生大量的·OH，从而促成有机污染物的降解。电Fenton的基础上增加紫外辐射和太阳辐射，能显著促进体系中羟基自由基的生成，同时紫外光或太阳辐射可以一定程度地促进有机污染物的降解，这就是最近研究较热的光电Fenton和太阳光电Fenton技术。

2电化学高级氧化技术在工业废水处理中的应用

2.1纺织工业废水

纺织工业的废水中含有大量的有机染料，成分复杂，一旦排入水体将对生物产生高毒性，而常规的生物和物化处理工艺对其去除效果很差。由于印染废水有较高的导电性，因此可以采用电化学氧化技术对其进行处理，且不需额外添加电解质。此外，印染废水中普遍含有氯离子，因此在电解池中产生活性氯物种，进一步促进有机染料的降解。已有研究表明，纺织工業废水COD和色度的去除率与废水中氯离子的初始浓度密切相关。电极材料的选择对纺织工业的废水电化学氧化处理效率有显著的影响。大多数研究表明，阳极使用活性电极（如Ti/Pt、Ti/TiOx-RuOx、Ti/TaIrPtalloy等）和惰性电极（如Si/BDD和Nb/BDD等）均可以实现废水的龙源期刊网

废水处理技术的新进展及应用

摘要：本文系统介绍了国内外废水处理技术的研究与进展，特别是近年来出现的一些新技术，并探讨了废水处理技术的发展趋势。

关键词：废水处理技术；新进展；应用

Abstract: this paper introduces the wastewater treatment technology research and

development, especially in recent years appear some new technology, and probes into

the development trend of the technology of wastewater treatment.

Keywords: wastewater treatment technology; The new progress; application

缺水已经成为影响我国经济发展、社会安定和环境改善的主要制约因素之一。因此，废水回用和综合利用是解决环境废染及水资源短缺的有效途径和必要手段，从而保证经济的进一步可持续发展。对于缺水城市而言，城市废水和工业废水再生利用比开发建设新水源更为重要，更符合我国贫水的客观事实，更具有深远与现实意义。

随着人类社会的发展，人们已经认识到，水不是取之不尽用之不竭的，水是有限的，而这有限的水，正遭到严重废染，这就使本来就十分匾乏的水资源更加匾乏。一方面严重缺水，另一方面又有大量废水排出，流人江河湖海废染水体。废水处理既可解决水源的严重废染，又可开发新水源，应该说这是一项事半功倍的事业。然而由于认识、体制、资金、技术的问题，废水处理迟迟不能迅速发展。

1废水处理的分类

按废水来源分类，废水一般分为生产废水处理和生活废水处理。生产废水包括工业废水、农业废水以及医疗废水等，而生活废水就是日常生活产生的废水。工业废水成分复杂，排量变化大，其性质与排量取决于工业生产的性质、工艺和规模等，不同的工业企业所排放的废水在质和量上各异。如化工、石油、造纸、纺织、印刷、食品等工业排放的废水主要含大量的有机物和其他有害物质。生活废水包括城市居民住宅排水、公共设施排水和工厂生活设施排水。生活废水中有机物含量较高，主要是由动植物蛋白、脂肪、洗涤剂、人体粪便、生活杂物等有机成分组成，其中含有许多细菌、病毒、微生物等。

污水处理中的电化学氧化技术

污水处理是为了净化水体、回收利用资源以及保护环境而进行的一项重要工作。而电化学氧化技术（Electrochemical oxidation，简称EC）作为一种高效、节能且环保的处理方法，正逐渐受到广泛关注和应用。本文将就污水处理中的电化学氧化技术进行探讨。

1. 电化学氧化技术的原理

电化学氧化技术是利用电化学原理进行氧化反应的一种处理技术，通过加入电流，使污水中的有机物质或污染物在阳极上进行氧化反应。通常，电化学氧化过程中的主要反应可分为两类：直接氧化反应和间接氧化反应。

直接氧化反应是指有机物质直接与阳极上产生的氧化剂（如过氧化物、臭氧等）反应，产生CO2、H2O等无害物质。而间接氧化反应则是在阳极上产生活性氧化物（如·OH、O3等），进而与有机物发生反应。

2. 电化学氧化技术的优势

2.1 高效能: 电化学氧化技术能够高效地降解有机物质和污染物，通过调节电流密度和反应时间等参数，可实现对不同废水组分的高效处理。

2.2 能耗低: 与传统的化学氧化技术相比，电化学氧化技术无需添加大量的化学试剂，能耗更低，从而降低了处理成本。 2.3 无二次污染: 电化学氧化技术是在闭合系统中进行反应的，不会产生过量的氧化剂，不会对环境造成二次污染。

3. 电化学氧化技术在污水处理中的应用

3.1 有机废水处理: 电化学氧化技术可有效降解有机废水中的有机物质，如含氯化合物、酚类物质等。对于难以降解的有机污染物，如农药废水、印染废水等，电化学氧化技术表现出了良好的处理效果。

3.2 重金属废水处理: 电化学氧化技术也适用于处理含重金属离子的废水。通过电化学氧化的作用，将重金属离子沉积在阴极上，并与阴极材料形成稳定的化合物，从而达到除铜、除镍等离子的目的。

3.3 地下水修复: 地下水中存在的有机物、氯化物等污染物对水体造成了严重的影响。电化学氧化技术通过将电流引入地下水中，激发氧化反应，降解有机物，减少或除去污染物，以使地下水恢复到良好的水质状态。

电化学技术在环境治理中的应用

随着人类社会的发展和工业化进程的加速，环境污染问题日益突出。为了保障人们的生命健康和环境可持续发展，环境治理成为当今世界面临的重大挑战。电化学技术作为一种高效环保技术，被广泛应用于环境治理中，尤其在污水处理、大气净化、废弃物处理等方面具有得天独厚的优势。

一、电化学技术概述

电化学技术是指利用电化学反应来实现物质分离、浓缩、净化和合成的一种技术体系。其主要基于电势差引发的化学反应原理，通过加电压将电子从阴极输送至阳极，即可实现被分解物质的电化学反应。电化学技术具有工艺简单、反应速度快、操作灵活、能耗低、产品纯度高等优点，被广泛应用于有机合成、金属提取、废水处理等领域。

二、电化学技术在污水处理中的应用

污水处理是电化学技术的一个主要应用领域。传统的污水处理技术主要采用化学沉淀法、生物法等方式来处理废水，但产生的副产品多且难以处理，而且投资成本高、能耗大。而电化学技术则具有较强的稳定性和高效性，可以有效去除污水中的杂质物质和有机物，实现废水的净化处理。

电化学技术主要通过阳极的氧化和阴极的还原来对污水进行处理。氧化作用可以将污水中的有机物氧化分解，使其转化为碳酸氢盐、二氧化碳等无害物质。还原作用则可以将污水中的铜、铬、汞等重金属离子还原为金属沉淀，实现对重金属离子的去除。

三、电化学技术在大气净化中的应用

电化学技术在大气净化中也有广泛的应用。大气中的污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物等，这些物质会对人们的健康和环境造成严重的危害。传统的大气净化技术包括吸收法、催化剂法、光化学反应等，但存在成本高、效率低、应用范围狭窄等缺点。而电化学技术则具有多孔电极材料、高电流密度、装置结构简单等优点，可以有效地去除大气污染物。

电化学技术主要通过氧化还原反应来处理大气污染物。如利用锰基电极催化气相中的氮氧化物，可将其转化为无害物质。利用电解还原处理含氧污染物的方法也被广泛应用于大气净化。