電化學水處理技術

1、電電化學學水處處理技術術的分類類按作用機理分類直接電解間接電解陽極過程陰極過程可逆過程不可逆過程 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化成毒性較小的物質或易生物降解的物質，從而達到削減、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。 間接電解是指利用電化學產(chǎn)生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑，使污染物轉化成毒性更小的物質。間接電解分為可逆過程和不可逆過程?？赡孢^程是指氧化還原物在電解過程中可電化學再生和循環(huán)使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學反應產(chǎn)

2、生的物質，如具有強氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、H2O2和O3等氧化有機物的過程。按技術方法分類電氣浮法電化學氧化法內(nèi)電解法電滲析法電吸附法1、電氣浮法 電氣浮法也叫電凝聚法或電凝聚氣浮法，即在外電壓作用下利用可溶性陽極(鐵或鋁)產(chǎn)生等大量陽離子 ，通過絮凝生成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3 等沉淀物，對膠體污染物進行凝聚，以去除水中的污染物。同時陰極上析出大量氫氣微氣泡，與絮凝污物一起上浮并從廢水中除去，從而實現(xiàn)污染物的分離。氣浮池平流式氣浮池豎流式氣浮池氣浮裝置 電氣浮法中，通常采用的陽極材料為金屬鋁或鐵，由于該方法在消耗鋁材的同時還消耗大量的能源，因而它的應用受到了一定的限制

3、。 當前的發(fā)展方向是通過改進電源技術、研究新型電極材料及結構，使電能消耗和材料消耗進一步降低。電電氣浮氣浮法法的局限性和發(fā)展方向的局限性和發(fā)展方向2、電化學氧化法 電催化氧化是通過陽極反應直接降解有機物，通過陽極和催化材料反應產(chǎn)生的超氧自由基（O2）、H2O2、羥基自由基（OH）等一類活性基團來氧化降解水體中的有機物。該方法具有有機物氧化徹底，不易產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物，無二次污染等優(yōu)點。 電化學氧化原理是：有機物的某些官能團具有電化學活性，通過電場的強制作用，官能團結構發(fā)生變化，從而改變了有機物的化學性質，使其毒性減弱以至消失，增強了生物可降解性。 電化學氧化分為直接氧化和間接氧化兩種，屬于陽極過

4、程。直接氧化是通過陽極氧化使污染物直接轉化為無害物質；間接氧化則是通過陽極反應產(chǎn)生具有強氧化作用的中間物質或發(fā)生陽極反應之外的中間反應，使被處理污染物氧化，最終轉化為無害物質。 對于陽極直接氧化而言，如反應物濃度過低會導致電化學表面反應受傳質步驟限制；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，但通過電極材料的選擇和電勢控制可使副反應得到抑制。電化學氧化技術在生活污水和工業(yè)廢水的處理中已有一定的應用，并取得良好的效果。 電極在電氧化技術中處于“心臟”的地位，我們希望電極對所處理的物質表現(xiàn)出高的反應速率，且具好的選擇性，則電氧化電極應具有良好的

5、導電性、高的催化活性和良好的穩(wěn)定性。 目前常采用的電極仍然是石墨、鋁板、鐵板、不銹鋼和一些不溶性電極如PbO2及一些貴金屬電極如Pt等。石墨 電極強度較差，在電流密度較高時電極損耗較大，電流效率低。而鋁板或鐵板為可溶性電極，電極本身材料消耗量大，成本高，因此產(chǎn)生的污泥量也大。不溶性電極PbO2的氧化能力雖然高于石墨電極，鑒于目前用于有機廢水氧化降解處理中時間長、效率低，而且電極容易因污染而失活，電極材料種類不多且工作壽命不長。電氧化電極電氧化電極改進復合金屬氧化物電極3、 內(nèi)電解法 內(nèi)電解法又稱為微電解法，是基于電化學反應的氧化還原、電池反應產(chǎn)物的絮凝、鐵屑對絮體的電附集、新生絮體的吸附以及床

6、層過濾的綜合作用。微電解法以鐵屑和炭構成原電池，污染物在正，負極上生化學反應，加上原電池自身的電附集、物理吸附及絮凝等作用達到去除污染物的目的。微電解法不消耗能源，處理費用低，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。鐵碳內(nèi)電解填料 內(nèi)電解法的反應器中堆填鐵屑、顆?；钚蕴浚鼈冊趶U水中形成無數(shù)個微小的原電池，鐵屑為陽極，顆粒炭為陰極，其電極反應為：陽極：Fe -2e ， ( /Fe)=-0.440v陰極：2 +2e 2H H2 ， ( /H )=-0.000V (在酸性或偏酸性溶液中) 當有 O2 時(在中性或堿性溶液中)： O2 +4 +4e H2O ， (O2/H2O) = 1.

7、22V O2+2H2O+4e 4 ， (O2/ )=0.41V 1. 氫的還原作用電極陰極產(chǎn)生新生態(tài)氫具有較大的活性，能與廢水中某些組分發(fā)生還原作用，破壞發(fā)色物質發(fā)色結構，使偶氮基斷裂，大分子分解成小分子，硝基化合物還原為胺基化合物，達到脫色的目的且使廢水組成向易生化方向轉變。2. 鐵的混凝作用從陽極得到的 離子在有氧和堿性條件下會生成Fe(OH)2和Fe(OH)3。具有強吸附能力的Fe(OH)3膠體吸附廢水中的懸浮物、一些不溶物及不溶性染料，使其凝聚沉降。3. 鐵屑的還原吸附和活性炭吸附作用在弱酸性溶液中，比表面積豐富的鐵屑利用其較高的表面活性吸附多種金屬離子，促進金屬去除。而鑄鐵是多孔性物

8、質，利用高表面活性吸附廢水中有機污染物。活性炭吸附能力強，廢水中的固體顆粒易被它吸附。4. 電泳作用在微電池周圍電場作用下，廢水中膠體狀態(tài)的帶電污染物在靜電引力和表面能的作用下，向帶有相反電荷的電極移動，附集并沉積在電極上而得以去除。作用機理作用機理4、電滲析法 電滲析(ED)技術是膜分離技術的一種，它是將陰、陽離子交換膜交替排列于正、負電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成淡化和濃縮兩個系統(tǒng)，在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。 倒極電滲析（EDR），為電滲析的應用前景提供了一個重要方向，根據(jù)ED原理

9、，每隔一定時間，正負電極極性相互倒換（頻繁倒極），能自動清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢、以確保離子交換膜效率的長期穩(wěn)定性。在廢水處理方面的應用有其獨到之處，EDR水循環(huán)，水回收率最高可達95%，它的服役壽命長，管理簡單，與其他方法相比更有競爭力。 填充電滲析（EDI），是將電滲析與 離子交換法結合起來的一種新型水處理方法，綜合了電滲析和離子交換法的優(yōu)點，并克服了各自缺點，提高了極限電流密度和電流效率的作用。 高溫電滲析，優(yōu)點在于能使溶液 的粘度下降，提高擴散速度，增大溶液和膜的電導，從而可以提高允許密度，提高設備的生產(chǎn)能力或者降低動力消耗，從而降低處理費用。 通過實驗，高溫電滲析對降低能耗

10、的效果是顯著的，尤其是對有余熱可利用的工廠更為適宜。雙極性膜電滲析（EDMB），由層壓在一起的陽離子交換膜、陰離子交換膜及兩層膜之間的中間層構成。當陽極和陰極間施加電壓時，電荷通過離子進行傳遞，若沒有離子存在，電流將由水解電離的 和 傳遞。幾種常見的電滲析過程幾種常見的電滲析過程 電滲析技術的優(yōu)點是：能量消耗低、藥劑耗量少、環(huán)境污染小、操作簡單、易于實現(xiàn)機械化和自動化、設備緊湊耐用，預處理簡單。它的缺點是在運行過程中易發(fā)生濃差極化而結垢。電滲析設備5、電吸附法 電吸附除鹽技術的基本思想就是通過施加外加電壓形成靜電場，強制離子向帶有相反電荷的電極處移動，使離子在雙電層內(nèi)富集，大大降低溶液本體濃度

11、，從而實現(xiàn)對水溶液的除鹽。 電吸附原理見圖，原水從一端進入由兩電極板相隔而成的空間，從另一端流出。原水在陰、陽極之間流動時受到電場的作用，水中離子分別向帶相反電荷的電極遷移，被該電極吸附并儲存在雙電層內(nèi)。隨著電極吸附離子的增多，離子在電極表面富集濃縮，最終實現(xiàn)與水的分離，獲得凈化/淡化的產(chǎn)品水。工作過程示意圖 在電吸附過程中，電極能快速充放電，而且由于在充放電時僅產(chǎn)生離子的吸/脫附，電極結構不會發(fā)生變化，所以其充放電次數(shù)在原理上沒有限制。 當含有一定量鹽類的原水經(jīng)過由高功能電極材料組成的電吸附模塊時，離子在直流電場的作用下被儲存在電極表面的雙電層中，直至電極達到飽和。此時，將直流電源去掉，并將

12、正負電極短接，由于直流電場的消失，儲存在雙電層中的離子又重新回到通道中，隨水流排出，電極也由此得到再生。電極再生過程示意圖電極的再生1、耐受性好：電吸附部件使用壽命長(5年)，避免了因更換核心部件而帶來的運行成本的提高。2、特殊離子去除效果顯著 電吸附技術對氟、氯、鈣、鎂離子去除效果尤佳。3、無二次污染：電吸附系統(tǒng)幾乎不添加任何藥劑，排放濃水所含成分均系來自于源水，系統(tǒng)本身不產(chǎn)生新的排放物。濃水可直接達標排放，無需進一步處理。4、對顆粒污染物要求低：由于電吸附除鹽裝置采用通道式結構（通道寬度為毫米級），因此不易堵塞。對前處理要求相對較低，因此可降低投資及運行成本。同時，電吸附除鹽設備具有很強的

13、耐沖擊性。5、抗油類污染：電吸附除鹽裝置采用特殊的惰性材料為電極，可抗油類污染。電吸附除鹽技術已成功應用于煉油廢水回用，實踐證明了此點。6、操作及維護簡便：電吸附系統(tǒng)不采用膜類元件。在停機期間也無須作特別保養(yǎng)。系統(tǒng)采用計算機控制，自動化程度高，對操作者的技術要求較低。7、運行成本低：電吸附技術屬于常壓操作，能耗比較低，其主要的能量消耗在于使離子發(fā)生遷移。與其它出除鹽技術相比可以大大地節(jié)約能源。其根本原因在于電吸附技術除鹽的原理是有區(qū)別地將水中作為溶質的離子提取分離出來，而不是把作為溶劑的水分子從待處理的原水中分離出來。 電吸附的優(yōu)勢電吸附的優(yōu)勢 齊魯石化研究院與愛思特合作，率先建成世界首例千噸級煉油廢水再生裝置，其污水回用規(guī)模為每天2400立 方 米 ， 平 均 除 鹽 率 為62.3%，達到循環(huán)水補水水