[摘 要]電化學(xué)水處理技術(shù)，由于其設(shè)備小、占地少、運(yùn)行管理簡單和處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的重視。尋求節(jié)能高效的電化學(xué)水處理技術(shù)與設(shè)備已成為電化學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究的重要方向。電化學(xué)水處理技術(shù)是一種環(huán)境友好型技術(shù)，文章介紹其基本原理和優(yōu)點(diǎn)，主要對其研究與應(yīng)用進(jìn)行了闡述，并簡單概述了節(jié)省電凝聚氣浮法處理廢水的運(yùn)行費(fèi)用。

　　[關(guān)鍵詞]電化學(xué)；廢水處理；應(yīng)用

　　電化學(xué)處理方法是指在特定的電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，通過設(shè)計(jì) 的電極反應(yīng)以及由此而引起的一系列的化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)過程或物理過程，達(dá)到污染物降解轉(zhuǎn)化的目的。電化學(xué)系統(tǒng)設(shè)備相對簡單，占地面積小，操作維護(hù)費(fèi)用較低，能有效避免二次污染，而且反應(yīng)可控程度高，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，被稱為“環(huán)境友好”技術(shù)。

　　1. 電化學(xué)水處理的基本原理

　　電化學(xué)水處理技術(shù)的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化而從廢水中減少或去除。它可分為直接電解和間接電解。

　　1.1 直接電解

　　直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中去除。直接電解可分為陽極過程和陰極過程。陽極過程就是污染物在陽極表面氧化而轉(zhuǎn)化成毒性較小的物質(zhì)或易生物降解的物質(zhì)，甚至發(fā)生有機(jī)物無機(jī)化，從而達(dá)到削減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除，主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。

　　1.2 間接電解

　　間接電解是指利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑或催化劑，使污染物轉(zhuǎn)化成毒性更小的物質(zhì)。間接電解分為可逆過程和不可逆過程。可逆過程是指氧化還原物在電解過程中可電化學(xué)再生和循環(huán)使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)，如具有強(qiáng)氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、H2O2和O3 等氧化有機(jī)物的過程，還可以利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的中間體，包括溶劑化電子、·HO、·HO2 等自由基。

　　2. 電化學(xué)水處理的主要技術(shù)方法及其運(yùn)用

　　電化學(xué)廢水處理技術(shù)主要包括：電凝聚氣浮法、微電解法、電化學(xué)氧化法電滲析法、電吸附法。下面分別介紹它們的基本原理及研究應(yīng)用情況。

　　2.1 電凝聚氣浮法

　　電凝聚氣浮法是采用可溶性陽極(Fe，Al 等)，生成Fe2+、Fe3+、A13+等大量陽離子，通過絮凝生成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3 等沉淀物，以去除水中的污染物。同時(shí)，陰極上產(chǎn)生大量的氫氣微氣泡，陽極上產(chǎn)生大量的氧氣微氣泡，與絮凝污物一起上浮并從廢水中除去。其電極上的基本反應(yīng)是：

　　陽極氧化： Fe?2e→Fe2+ Eθ(Fe2+/Fe) = ? 0.440 V

　　Fe-3e→ Fe3+   Eθ(Fe3+ /Fe) = ? 0.037 V

　　陰極還原：2H+2e → H2  Eθ(H/H2) = ?0.000 V

　　主反應(yīng)：  Fe+2H2O→Fe(OH)2+H2

　　4Fe+10H2O→4Fe(OH)3+4H2

　　影響電凝聚氣浮法處理效果的因素包括廢水的物理化學(xué)性質(zhì)與電化學(xué)參數(shù)。前者主要有pH、電導(dǎo)率陰離子種類和數(shù)量、陽離子種類和數(shù)量、水溫等；后者主要有電極材料、電流密度、極間距、外加電壓以及電解時(shí)間等。采用電凝聚氣浮法處理衛(wèi)河水，當(dāng)COD濃度為977.6 mg/L，濁度為140.7 NTU，色度大于2000 時(shí)，處理的最佳工藝條件為：電流強(qiáng)度1.5 A、pH 為6~8、電解時(shí)間20 min。COD濃度的去除率最高達(dá)到94 %，濁度去除率可達(dá)83 %。電凝聚氣浮法在有效去除有機(jī)物的同時(shí)，能高效脫色，脫色率可達(dá)96 %以上。處理后水的濁度、色度、COD 濃度等均達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。將脈沖電源和直流電源分別作為電凝聚氣浮法處理廚房廢水的外加電源，試驗(yàn)探明其對廢水電解處理的電能消耗和COD去除率的影響，并分析廢水脈沖電解處理節(jié)能高效的原因。試驗(yàn)結(jié)果表明，脈沖電流占空比60 %，頻率1000 Hz 相對直流電流能夠更加有效減緩電極的極化，降低電極過電位，使電能消耗降低15 %～35 %；在脈沖電凝聚氣浮法處理廢水過程中電流效率穩(wěn)定、Fe2+能夠有效擴(kuò)散到廢水中，使去污效果增強(qiáng)5 %～7 %。

　　2.2 微電解法

　　微電解法又稱為內(nèi)電解法，是基于電化學(xué)反應(yīng)的氧化還原、電池反應(yīng)產(chǎn)物的絮凝、鐵屑對絮體的電附集、新生絮體的吸附以及床層過濾的綜合作用。微電解法以鐵屑和炭構(gòu)成原電池，污染物在正，負(fù)極上生化學(xué)反應(yīng)，加上原電池自身的電附集、物理吸附及絮凝等作用達(dá)到去除污染物的目的。微電解法不消耗能源，處理費(fèi)用低，使用的鐵屑多來自切削工業(yè)的廢料，具有以廢治廢的意義。微電解法的反應(yīng)器中堆填鐵屑、顆粒活性炭，它們在廢水中形成無數(shù)個(gè)微小的原電池，鐵屑為陽極，顆粒炭為陰極，其電極反應(yīng)為：

　　陽極：

　　Fe -2e→Fe2+   ， Eθ(Fe2+/Fe)=-0.440v

　　陰極：

　　2H+2e → 2H?→ H2 ，  Eθ(H+/H )=-0.000V (在酸性或偏酸性溶液中)

　　當(dāng)有O2 時(shí)：

　　O2+4H++4e? →H2O ，Eθ(O2/H2O) = 1.22V

　　O2+2H2O+4e? → 4OH?， Eθ(O2 /OH? )=0.41V (在中性或堿性溶液中)

　　在陰極產(chǎn)生的新生態(tài)Ｈ·具有較高的化學(xué)活性，可將部分大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子，提高了廢水的可生化性。微電解技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用可分為兩個(gè)方面，一是單獨(dú)作為一種處理方法氧化有機(jī)廢水；二是與其它方法聯(lián)用，比如Fenton 法、混凝法、生物法等。

　　2.3 電化學(xué)氧化法

　　電化學(xué)氧化分為直接氧化和間接氧化兩種，屬于陽極過程。直接氧化是通過陽極氧化使污染物直接轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)；間接氧化則是通過陽極反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的中間物質(zhì)或發(fā)生陽極反應(yīng)之外的中間反應(yīng)，使被處理污染物氧化，最終轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。對于陽極直接氧化而言，如反應(yīng)物濃度過低會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)表面反應(yīng)受傳質(zhì)步驟限制；對于間接氧化，則不存在這種限制。在直接或間接氧化過程中，一般都伴有析出H2 或O2 的副反應(yīng)，但通過電極材料的選擇和電勢控制可使副反應(yīng)得到抑制。電化學(xué)氧化技術(shù)在生活污水和工業(yè)廢水的處理中已有一定的應(yīng)用研究與工程應(yīng)用，并取得良好的效果。

　　2.4 電滲析法

　　電滲析(ED)技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種，它是將陰、陽離子交換膜交替地排列于正負(fù)電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成除鹽(淡化)和濃縮兩個(gè)系統(tǒng)，在直流電場作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。電滲析設(shè)備主要由電滲析器本體和輔助設(shè)備兩大部分組成。電滲析器本體又可分成為膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分，膜堆是電滲析器核心部分。輔助設(shè)備包括整流器，水泵，流量計(jì)，過濾器，水箱和儀器儀表等。目前為止電滲析技術(shù)主要有無極水電滲析技術(shù)，無隔板電滲析器，卷式電滲析器，填充床電滲析技術(shù)，液膜電滲析，雙極膜電滲析技術(shù)等。

　　2.5 電吸附法

　　電吸附技術(shù)是吸附劑吸附作用與電化學(xué)作用再生吸附劑的聯(lián)合技術(shù)，是吸附劑吸附與脫附的動(dòng)態(tài)過程。電吸附技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中，但已日益受到研究人員的重視。研究表明，電吸附一方面可以增加活性炭等吸附劑的吸附容量，另一方面可以減少化學(xué)再生或熱再生可能產(chǎn)生的二次污染。電吸附的優(yōu)勢為：可吸附去除難生物降解的有機(jī)物質(zhì)；凈化程度好，可用于處理稀溶液體系；能耗小，操作成本低。

　　3. 電化學(xué)處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

　　(1)具有多功能性。電化學(xué)技術(shù)除可利用電化學(xué)氧化還原反應(yīng)使毒物降解、轉(zhuǎn)化外，還可用于懸浮物或者膠體體系的相分離等。

　　(2)具有高度的靈活性。電化學(xué)技術(shù)兼具氣浮﹑絮凝﹑殺菌等多功能，必要時(shí)，陰陽極可同時(shí)發(fā)揮作用。它既可以做單獨(dú)處理工藝使用，也可以與其他處理工藝相結(jié)合，如作為前處理，可將難降解有機(jī)物或生物毒性污染物轉(zhuǎn)化為可生物降解物質(zhì)，從而提高廢水的可生物降解性。

　　(3)無污染或少污染。電化學(xué)過程中產(chǎn)生的羥基自由基無選擇的直接與廢水中的有機(jī)物反應(yīng)，將其降解為二氧化碳﹑水和簡單的有機(jī)物，沒有或很少產(chǎn)生二次污染。

　　(4)易于控制性。電化學(xué)過程一般在常溫常壓下進(jìn)行，其化學(xué)過程的主要運(yùn)行參數(shù)是電流和電位，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

　　4. 結(jié)語

　　電化學(xué)水處理技術(shù)，由于其設(shè)備小、占地少、運(yùn)行管理簡單和處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的重視。但由于其在實(shí)際運(yùn)用中尚存在電能消耗高、效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，使其難于廣泛應(yīng)用。尋求節(jié)能高效的電化學(xué)水處理技術(shù)與設(shè)備已成為電化學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究的重要方向。