盧成棟

[摘 要]近年來，隨著科技與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以工業(yè)廢水為例，水質(zhì)水量發(fā)生了明顯的變化，污染物成分更加復(fù)雜多樣，難降解組分所占比例變大，傳統(tǒng)的水處理工藝已經(jīng)無法滿足復(fù)雜難降解廢水的處理要求。電化學(xué)處理廢水效率高，能有效提高廢水可生化性，優(yōu)勢(shì)日益顯現(xiàn)?；诖耍疚闹攸c(diǎn)探討電化學(xué)水處理技術(shù)發(fā)展，以供參考。

[關(guān)鍵詞]電化學(xué)；水處理技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）29-0007-01

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、工業(yè)水平不斷提升的背景下，水污染問題越發(fā)明顯，成為國(guó)際研究的重點(diǎn)問題。水污染不僅帶來了淡水資源短缺危機(jī)，也在一定程度上嚴(yán)重影響了人們的身體健康。因此，廢水凈化與處理成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。實(shí)踐證明，利用化學(xué)工藝進(jìn)行廢水處理可有效減少污染性廢水的排放量，降低廢水處理成本，提升整體處理質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 廢水的相關(guān)概述

“廢水”是對(duì)已經(jīng)被污染了的水的總稱，包括工業(yè)廢水、生活廢水等等。由于廢水中含有大量不能夠由生態(tài)平衡系統(tǒng)而“自主消化”的化學(xué)物質(zhì)，并在一定程度上可對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，我們將其稱為“廢水”。由于廢水具有一定的污染性與危害性，廢水的排放嚴(yán)重加劇了水資源短缺問題。因此，加強(qiáng)廢水凈化與處理具有重要現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)研究與實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，不同類型的廢水經(jīng)過排放混合后，將在一定程度發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致廢水成分、污染物性質(zhì)發(fā)生變化。其中含有特定成分的廢水在混合后，產(chǎn)生了沉淀物，使廢水中的污染物整體含量減低。而廢水的這種自凝現(xiàn)象為廢水處理提供了新思路。通過對(duì)該現(xiàn)象的原理進(jìn)行解析，并從廢水處理角度出發(fā)，在充分掌握自凝與化學(xué)熱力學(xué)之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，運(yùn)用相關(guān)知識(shí)與技術(shù)手段進(jìn)行廢除性質(zhì)的轉(zhuǎn)化，可達(dá)到廢水凈化與處理目標(biāo)，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文主要探討電化學(xué)廢水處理技術(shù)。

2 電化學(xué)水處理技術(shù)

2.1 電化學(xué)法

電化學(xué)法是一個(gè)復(fù)雜的過程。在電場(chǎng)的作用下金屬電極產(chǎn)生的陽離子在進(jìn)入水體時(shí)發(fā)生許多物理化學(xué)現(xiàn)象，從離子的產(chǎn)生到形成絮體包括三個(gè)連續(xù)的階段：①在電場(chǎng)的作用下，陽極產(chǎn)生電子形成“微絮凝劑”—鐵的氫氧化物；②水中懸浮的顆粒、膠體污染物在“微絮凝劑”的作用下失去穩(wěn)定性；③脫穩(wěn)后的污染物顆粒和微絮凝劑之間相互碰撞，結(jié)合成肉眼可見的大絮體。由于電化學(xué)法過程中電解反應(yīng)的產(chǎn)物只是離子，不需要投加任何氧化劑或還原劑，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生污染，被稱為是一種環(huán)境友好水處理技術(shù)。

2.2 直接電化學(xué)氧化

直接電化學(xué)氧化是通過電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑和電子的直接傳遞作用，將有機(jī)物氧化分解的過程。這一過程又包括了電化學(xué)燃燒和電化學(xué)轉(zhuǎn)化，Comninellis提出了有機(jī)污染物在金屬氧化物（MOx）電極表面電化學(xué)轉(zhuǎn)化和電化學(xué)燃燒的反應(yīng)機(jī)理。H2O或水溶液中的氫氧根離子（OH-）在陽極表面失去電子，生成具有活性的羥基自由基（·OH），·OH吸附在電極表面，與有機(jī)物（R）發(fā)生氧化反應(yīng)，將有機(jī)物逐步分解直至完全無機(jī)化，即電化學(xué)燃燒：

MOx+H2O→MOx（·OH）+e- （1）

MOx+OH-→MOx（·OH）+e- （2）

R+MOx（·OH）→COx+zH++ze-+MOx （3）

吸附在電極表面的·OH如能與MOx電極發(fā)生快速的氧化反應(yīng)，則·OH中的氧將轉(zhuǎn)移到MOx晶格中，形成高價(jià)氧化物MOx+1；MOx+1與有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)，即電化學(xué)轉(zhuǎn)化：

MOx（·OH）→MOx+1+H++e- （4）

R+MOx+1→RO+MOx （5）

2.3 間接式中介電氧化

該電氧化形式是FARMER提出的一種氧化過程。該過程中，在陽極上將穩(wěn)定的、低價(jià)態(tài)的介質(zhì)氧化成不穩(wěn)定、反應(yīng)活性大高價(jià)態(tài)的離子，具有氧化性高價(jià)態(tài)的離子對(duì)污染物直接進(jìn)行氧化降解，亦或在溶液中產(chǎn)生反應(yīng)，借助生成的羥基自由基對(duì)污染物進(jìn)行破壞，而還原其本身，繼而向陽極遷移并被氧化。通過周而復(fù)始，有機(jī)物得到降解。其中CO3+、Fe3+、Ag2+、Ni2+、Ce4+等為常用介質(zhì)。LEFFRANG等提出的氧化還原的電對(duì)為CO3+/CO2+，對(duì)4-氯酚、2-氯酚及苯酚的降解進(jìn)行研究，最終得出CO和CO2具有降解有機(jī)污染物的功能，并且具有98%的轉(zhuǎn)化率，75%的總平均電流的效率。然而該方法氧化的能力和介質(zhì)氧化還原與電極電位關(guān)系密切，通常情況下，操作應(yīng)當(dāng)在高酸條件下進(jìn)行，因加入重金屬而導(dǎo)致二次污染的發(fā)生，大大限制了其應(yīng)用程度。

2.4 電Fenton

電Fenton是電化學(xué)與Fenton反應(yīng)的組合，通過電化學(xué)產(chǎn)生Fe2+或H2O2作為Fenton試劑的持續(xù)來源。在陽極，水發(fā)生直接氧化，生成O2或·OH，在陰極O2可以通過兩個(gè)電子還原產(chǎn)生H2O2，與Fe2+反應(yīng)生成·OH，陰陽極反應(yīng)生成的·OH將有機(jī)污染物進(jìn)行分解。因此，電Fenton可分為EF-H2O2法，EF-Feox法，電生成Fenton法和FSR法。與傳統(tǒng)Fenton工藝相比較，外加試劑量減少，使得工藝運(yùn)行操作趨于簡(jiǎn)便。電Fenton中Fe2+或H2O2的生成是相對(duì)穩(wěn)定持續(xù)的過程，確保工藝運(yùn)行更加穩(wěn)定，保證有機(jī)物完全氧化。

3 電化學(xué)水處理技術(shù)發(fā)展

雖然電化學(xué)處理工藝能取得較好的處理效果，但是隨著廢水組分復(fù)雜化，單一的電化學(xué)工藝往往不能滿足實(shí)際需求。電化學(xué)處理與其他工藝組合能夠更好的滿足生產(chǎn)需求，不僅能夠提高處理效率，還能更好地節(jié)約資源，這也是現(xiàn)如今科學(xué)研究的主要方向。鄭蘇丹等人將膜分離與電催化技術(shù)耦合處理苯酚廢水，去除率可達(dá)70%，比單一的電極催化氧化處理效率提高了40%。Wang等人以微博輔助電Fenton降解偶氮燃料廢水，各污染組分去除效率均高于電Fenton單獨(dú)處理效率。李媚等利用吸附-電化學(xué)耦合處理對(duì)氯苯酚廢水，以氈狀活性炭為陽極，不銹鋼為陰極?；钚蕴坷w維的吸附（如圖1所示）和電化學(xué)氧化可以有效降解對(duì)氯苯酚，活性炭纖維吸附作用符合Langmuir等溫室，在電化學(xué)作用下還可以使其部分得到再生，在電流密度為7.6mA·cm-2時(shí)，電解質(zhì)濃度為1g/L，運(yùn)行180min，廢水COD去除率可達(dá)97.09%。盡管活性炭吸附性能會(huì)因連續(xù)使用而下降，但是工藝處理效率能快速達(dá)到87%以上。

綜上所述，在目前我國(guó)難降解有機(jī)化工污水的處理方面，電化學(xué)氧化方法得到了廣泛應(yīng)用，同其他污水處理方法相比，該方法具有較大的優(yōu)越性，可實(shí)現(xiàn)難降解有機(jī)化工有效降解運(yùn)用電化學(xué)工藝進(jìn)行廢水處理可有效達(dá)到預(yù)期目的，實(shí)現(xiàn)水資源的保護(hù)與再次利用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，廢水處理化學(xué)工藝與技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展。本文通過對(duì)電化學(xué)工藝在廢水處理中的運(yùn)用研究，旨在為化學(xué)工藝的合理運(yùn)用提供有益參考。

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