幾種常用電化學(xué)方法治理廢水的反應(yīng)機理

匯報人：CXY日期：2015.12.17（三）治理廢水的反應(yīng)機理幾種常用電化學(xué)方法電化學(xué)方法治理廢水或污水，具有無需添加氧化劑、絮凝劑等化學(xué)藥品，設(shè)備體積小，占地面積小，操作簡單靈活，排污量小，不僅可以處理無機污染物，也可處理有機污染物，特別是一些無法用生物降解的有毒有機物可用電化學(xué)方法處理，用電還原法處理重金屬廢水時還可回收廢水中的金屬等優(yōu)點。但電化學(xué)方法存在能耗大、成本高及電解時析氧、析氫或析氯氣不安全的缺點。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，特別是近代大力發(fā)展水力發(fā)電和核電，電能成本降低，為電化學(xué)方法在治理廢水方面的應(yīng)用開辟了很好的前景。

電化學(xué)水處理技術(shù)是指在外加電場的作用下，在特定的電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，通過一定的化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)過程或物理過程，產(chǎn)生大量的自由基，利用自由基的強氧化性對廢水中的污染物進行降解的過程。電解法處理廢水的實質(zhì)，就是直接或間接地利用電解作用，把水中污染物去除或把有毒物質(zhì)變?yōu)闊o毒、低毒物質(zhì)。用于廢水處理的電化學(xué)方法有電解法（氧化或還原）、電氣浮法、電凝聚法和電滲析法等。電化學(xué)方法已應(yīng)用于電鍍廢水、化工廢水、染料廢水、皮革廢水、生化廢水和制藥廢水等廢水治理，以及用于水處理劑的電化學(xué)合成。

1、內(nèi)電解法處理廢水內(nèi)電解法也稱原電池法或腐蝕電池法，通常是以顆粒炭、煤渣或其它導(dǎo)電惰性物質(zhì)為陰極，鐵屑為陽極，廢水中導(dǎo)電電解質(zhì)起導(dǎo)電作用構(gòu)成原電池。陽極反應(yīng)為：Fe-2e-

Fe2+

陰極反應(yīng)為：酸性條件下2H++2e-H2↑

堿性或中性條件下O2+2H2O+4e-4OH-

電解質(zhì)中反應(yīng)：Fe2++2H2O=Fe(OH)2+2H+

H++Fe(OH)2+O2Fe(OH)3

Fe2+具有較強的還原作用，可使廢水中的某些氧化性組分還原，同時Fe(OH)2和

Fe(OH)3還具有絮凝和吸附作用。原電池的微電流也有直接氧化還原作用，還能刺激水體中微生物的代謝作用，促進微生物處理廢水。已用此法處理含油廚房廢水、煤氣洗滌廢水和染料廢水等。

該法優(yōu)點是以廢治廢，不消耗能源，能去除多種污染成分降低COD和脫色，還能提高難降解物的可生化性。其缺點是反應(yīng)速率慢，處理廢水量少，反應(yīng)柱易堵塞，對高濃度廢水處理比較困難，且反應(yīng)操作彈性較差。

2、電解絮凝法處理廢水

該法采用可溶性陽極如Fe、Al等金屬板，在外加直流電壓的作用下，金屬陽極氧化溶解，生成金屬離子Fe2+、

Fe3+、Al3+，這些離子與水中OH-作用生成Fe(OH)2、

Fe(OH)3與Al(OH)3氫氧化物沉淀物，最后這些沉淀物吸附、絮凝廢水中的污染物。在廢水中有有機酸時，則能生成鐵、鋁等的有機酸化物，同樣能起絮凝作用。

陽極反應(yīng)為：Fe-2e-Fe2+

Fe-3e-Fe3+副反應(yīng)：H2O-2e-O2+2H+

陰極反應(yīng)為2H++2e-H2↑

溶液中反應(yīng)：Fe2++2OH-Fe(OH)2Fe3++3OH-Fe(OH)3

2Fe(OH)2+H2O+O22Fe(OH)3

陽極產(chǎn)生原子氧，陰極產(chǎn)生原子氫，還能起氧化還原作用，氣體能起到氣浮作用。用該法直接處理染料廢水及較高濃度印染廢水，脫色率達95%~100%，COD去除率為40%~80%。

該方法具有處理效果好、占地面積小、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點，但也存在陽極金屬消耗量大、需要大量鹽類作輔助藥劑、能耗大、運行費用較高等缺點。

3、電解氣浮法處理廢水

電解氣浮工藝是一種運用電化學(xué)方法去除固態(tài)顆粒、油污的廢水處理單元操作方法，其上浮原理是通過電解水產(chǎn)生氫氣、氧氣和氯氣（有氯離子時）攜帶廢水中的膠體微粒、油污共同上浮，達到分離凈化的目的。與常用的加壓溶氣氣浮法相比，有以下特點：①電解產(chǎn)生的氣泡微小約8~15μm，與廢水中雜質(zhì)的接觸面積大，氣泡與絮粒的吸附能力強。通過調(diào)節(jié)電流、電極材料、pH值和溫度可以改變產(chǎn)氣量及氣泡大小以滿足各種需要。②陽極過程中陽極表面會產(chǎn)生中間產(chǎn)物（如羥基自由基、原生態(tài)氧），它們對有機物有一定的氧化作用。③工藝裝置緊湊，占地面積少。

4、電化學(xué)氧化法處理廢水

電氧化法可分為直接氧化法和間接氧化法。直接氧化法是利用陽極的高電勢氧化降解廢水中無機或有機物質(zhì)；間接氧化法則是利用陽極氧化產(chǎn)物的氧化性，氧化降解廢水中無機或有機物質(zhì)。

4.1直接氧化法

已用此法氧化降解無機污染物（如含CN-廢水、含NH4+和含硫廢水等），對有機物的氧化降解（如降解燃料、酚、苯醌、喹啉）以及造紙、皮革垃圾填埋場滲濾液等各種廢水。如電鍍工業(yè)廢水中的CN-可用該法處理，尤其是高濃度廢水（含CN-

1g/L）處理成本比直接加氧化劑H2O2、NaClO等更經(jīng)濟。在堿性條件下CN-的電氧化反應(yīng)：

CN-

+2OH-CNO-+H2O+2e-?0=—0.94V

2

CNO-+4OH-2CO2↑+N2↑+2H2O

4.2間接氧化法間接氧化法是在陽極反應(yīng)過程中，先生成具有較強氧化性的化學(xué)活性物質(zhì)，再利用這些物質(zhì)對難降解物質(zhì)進行氧化分解，Cl2、ClO-、Ag2+、Co3+和Fe3+等均可作為有機物的氧化中介，其還原電勢越負，氧化中介效果越好。間接氧化已經(jīng)在苯、苯酚、油和氯化物的氧化過程中得到驗證。

5、電還原法處理廢水

電還原法主要用于重金屬的回收和氯代烴還原脫氯。

5.1重金屬回收

陰極還原法可從廢水中回收重金屬，由于廢水中重金屬離子濃度一般很低，能耗較大，可用旋轉(zhuǎn)桶電極、金屬網(wǎng)電極、多空三維電極或填充式流化床等方法，增加電極與廢水中金屬離子吸附、網(wǎng)捕作用，提高傳質(zhì)速度和還原效率。陰極材料可用石墨顆粒、石墨纖維、金屬毛或碳纖維。5.2氯代烴還原脫氯

氯代烴中的氯不僅可以通過陽極氧化法被.OH取代，還可以通過陰極還原法被H+取代，其反應(yīng)過程如下：

RCl+H++2e-RH+Cl-

氯代烴毒性大，而還原產(chǎn)物烷烴毒性很低，增加了生物可降解性，減少了對環(huán)境污染的危害。

6、電滲析法處理廢水

電滲析技