四、重金属离子废水处理
• 与传统的二维电极相比，电沉积法的三维电极能够增加电 解槽的面体比，且因粒子间距小而增大了物质传质速度， 提高电流效率和处理效果。利用三维电极主要是处理含 Cu2+和Hg2+等的重金属废水，三维电极所提供的特殊表面 和很大的传质速率，能有效地处理稀溶液，这种电极能在 几分钟内将金属质量浓度从100 mg/L降至0.1 mg/L，除去 重金属离子的效率高，需要的空间少。离子交换树脂与铜 粒等比例混合制成的复合三维电极固定床电化学反应器， 用于处理低浓度含铜废水，且无须加入支持电解质(如硫 酸)，出口铜质量浓度为0.008 mg/L，达到国家排放标准。
2、酚类
• 目前，国内外对于含酚废水的研究较多，此类废水来源广、 污染重，是芳香化合物的代表。电化学氧化含酚废水的影 响因素有苯酚初始浓度、废水pH值、电流密度、支持电解 质种类等。周明华等[4]以经氟树脂改性的β -PbO2为阳极， 处理含酚模拟废水，在电压为7.0 V，pH值为2.0的条件下， 其COD可降至60 mg/L以下，挥发酚可完全去除。匡少平等 在隔离阴、阳极室条件下进行了电化学法降解含酚废水试 验，苯酚的转化率达95%以上；同时，分别对铅电极和钛 上电沉积二氧化铅的电极作为阳极进行了对比试验，发现 Ti/PbO2电极对苯酚的降解更加彻底。
6、其他电化学方法
• 电吸附、离子交换辅助电渗析以及电化学膜分离 等技术不仅可以用作清洁生产工艺，预防环境污 染，而且它们也是有效的工业废水处理方法。电 吸附法可以用来分离水中低浓度的有机物和其他 物质；离子交换辅助电渗析法具有可多样化设计、 适用范围广等优点，已成为环保开发应用的热点 技术；电化学膜分离技术是利用膜两侧的电势差 进行物质分离，常用于气态污染物的分离。
3、电沉积法
• 电解液中不同金属组分的电势差，使得自 由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。 电沉积法在处理低浓度金属离子废水的同 时能回收金属，且无二次污染。适宜的电 势是电沉积发生的关键。该法处理含金属 离子废水的技术核心是新型电极结构电解 槽的设计。针对不同污染物和不同生产 况，可采用不同的电解槽进行处理。
二、电化学水处理的方法
• 1、电凝聚法
• 电凝聚法也叫电气浮法，即在外电压作用下利用 可溶性阳极(铁或铝)产生大量阳离子，对胶体污 染物进行凝聚，同时阴极上析出大量氢气微气泡， 与絮体粘附在一起上浮，从而实现污染物的分离。 电凝聚法中，通常采用的阳极材料为金属铝或铁， 由于该方法在消耗铝材的同时还消耗大量的能源， 因而它的应用受到了一定的限制。当前的发展方 向是通过改进电源技术、研究新型电极材料及结 构，使电能消耗和材料消耗进一步降低。
电化学水处理技术
杨彬彬
目录
• • • • • • • 引言 一、电化学水处理技术及其优点 二、电化学水处理的方法 三、有机废水的处理 四、重金属离子废水处理 五、氨氮和氰废水处理 小结
引言
• 随着世界各国工业的迅猛发展，废水的排放量急剧增加， 尤其是化学、农药、染料、医药、食品等行业排放的废水， 其浓度高、色度大、毒性强，含有大量生物难降解的成分， 给全球带来了严重的水体污染。近年来，一种高级氧化技 术（Advanced Oxidation Technologies，AOT），即利用 光、声、电、磁或无毒试剂催化氧化技术处理有机废水， 尤其是那些难于生化降解、对人类健康危害极大的“三致” （致癌、致畸、致突变）有机污染物，已成为当前世界水 处理相当活跃的领域。电化学水处理技术是高级氧化技术 的一种，因其具有其他水处理技术无法比拟的优点，近年 来已受到国内外的广泛关注。
2、电化学氧化法
• 电化学氧化原理是：有机物的某些官能团具有电 化学活性，通过电场的强制作用，官能团结构发 生变化，从而改变了有机物的化学性质，使其毒 性减弱以至消失，增强了生物可降解性。电化学 氧化法主要分为直接氧化法和间接氧化法两种。 直接氧化法是通过阳极氧化使污染物直接转化为 无害物质；间接氧化法则是通过阳极反应之外的 中间反应，使污染物氧化，最终转化为无害物质。 通过改进电极结构，可以提高污染物的去除效果， 并降低能耗。
3、硝基苯类化合物
• 硝基苯类化合物属于生物难降解物质，用电化学 催化系统处理此类废水具有一定的意义。以DSA类 电极作为阳极，对模拟硝基苯废水进行的降解试 验表明，当电流密度为15 mA/cm2时，CODCr的去除 率可达到90%以上。谢光炎等以自制PbO2为阳极， 在碱性条件(pH=10)下电解134 min，硝基苯酚溶 液的质量浓度从200 mg/L降至1 mg/L以下， BOD/COD值达到0.63，表明该工艺对后续生化处理 有重要的实用价值。
五、氨氮和氰废水处理
• 电催化氧化法去除氨氮的原理是：废水进入电解系统后， 在不同条件下，阳极上可能发生两种氧化反应：一是氨直 接被氧化成氮气脱除；二是氨间接电氧化。即通过电极反 应生成氧化性物质，该物质再与氨反应，使氨降解、脱除。 液态化电极电解法首先将含氰废水中的CN-氧化为氰酸根， 再进一步氧化为CO2和H2O。由于低浓度含氰废水中的电解 质浓度低，电解时极间电压高，电流效率低，故一般加入 NaCl作电解质。采用液态化电极时，电极反应在膨胀石墨 颗粒表面进行，废水的循环流动和膨胀石墨颗粒的频繁碰 撞，使得液态石墨颗粒间的传质速度加快，浓差极化和电 化学极化现象显著减小，从而加快反应的进行。
小结
• 电化学水处理技术对有机物有特殊的降解能 力，具有非常广阔的应用前景，在环境保护中占 有重要的位置。当前，新电极材料、膜、电解质、 反应器结构等的研究开发、电化学降解机理的探 究是电化学水处理技术的研究发展趋势。我们相 信，随着电化学理论的不断完善和实验室研究的 不断深入，电化学水处理技术必将在环境保护领 域中发挥更大的作用，在废水处理方面得到广泛 的应用。
三、有机废水的处理
• 1、持久性有机污染物
• 电化学氧化技术借助具有电催化活性的阳极材料，能形成 氧化能力极强的羟基自由基(-OH)，既能使持久性有机污 染物发生分解并转化为无毒可生化降解物质，又可将之完 全矿化为二氧化碳或碳酸盐等物质。该项技术应用于持久 性有机污染物废水处理，不仅可弥补其他常规处理工艺的 不足，还可与多种处理工艺有机结合，提高水处理的经济 性。电化学氧化过程中，具有电活性的阳极表面能起到吸 附、催化、氧化等多种转化功能。低浓度的持久性有机污 染物废水电导率很低，为了增强溶液导电性需要加入强电 解质(如氯化钠、硫酸钠)。
• (1)具有多功能性。电化学技术除可用电化学氧化还原反 应使毒物降解、转化外，还可用于悬浮物或胶体体系的相 分离（如电浮选分离）等。电化学技术的这种多功能性使 电化学技术具有广泛的选择性，在废水、废气、有毒物处 理等多方面发挥作用。 • (2)具有高度的灵活性。电化学技术兼具气浮、絮凝、杀 菌等多功能，必要时，阴极、阳极可同时发挥作用。它既 可以作单独处理工艺使用，也可以与其他处理工艺相结合， 如作为前处理，可将难降解的有机物或生物毒性污染物转 化为可生物降解物质，从而提高废水的可生物降解性。
• (3)无污染或少污染性。电化学过程中产生的·无选择地 直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、 水和简单的有机物，没有或很少产生二次污染。电子是电 化学反应的主要反应物，而且电子转移只在电极与废物组 分之间进行，不需添加任何氧化剂、还原剂，避免了由于 添加化学药剂而引起的二次污染，而且还可通过控制电位， 使电极反应具有高度的选择性，防止副反应发生。 • (4)易于控制性。电化学过程一般在常温常压下进行，其 化学过程的主要运行参数是电流和电位，易于控制和测定。 因此，整个过程的可控程度乃至自动控制水平都较高，易 于实现自动控制。 • (5)经济性。电化学系统设备相对简单，设计合理的系统， 其能量效率也比较高，因此，操作与维护费用低。同时， 作为一种清洁的处理工艺，其设备占地面积小，特别适用 于人口拥挤城市的污水处理。
5、电渗析法
• 电渗析(ED)技术是膜分离技术的一种，它是将阴、 阳离子交换膜交替排列于正、负电极之间，并用 特制的隔板将其隔开，组成淡化和浓缩两个系统， 在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离 子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离 出来，从而实现溶液净化。电渗析技术的优点是： 能量消耗低、药剂耗量少、环境污染小、操作简 单、易于实现机械化和自动化、设备紧凑耐用， 预处理简单。它的缺点是在运行过程中易发生浓 差极化而结垢。
一、电化学水处理技术及其优点
• 电化学水处理技术是指在外加电场的作用 下，在特定的电化学反应器内，通过一系 列设计的化学反应、电化学过程或物理过 程，产生大量的自由基，进而利用自由基 的强氧化性对废水中的污染物进行降解的 技术过程，是高级氧化技术的一种。
• 作为一种清洁的处理工艺，电化学技术与其他水 处理技术相比，具有无法比拟的优点：
4、内电解法
• 内电解法原理是：具有较强还原性的Fe2+使废水中某些氧 化组分还原；Fe(OH)2具有絮凝作用；活性炭具有吸附作 用，可吸附有机物及微生物；铁-碳构成的原电池产生微 弱电流，对微生物的生长和代谢具有刺激作用。内电解法 能“以废治废”，不消耗能源，能去除废水中多种污染成 分和色度，还能提高难降解物的可生化性。内电解柱内的 填料一般为废铁屑和活性炭(或石墨)，再辅以疏松剂。该 法通常作为预处理方法与其他方法结合使用，提高废水的 可生化性，为进一步处理创造有利条件。该技术的缺点： 一是反应速度比较慢，反应器易阻塞，处理高浓度废水比 较困难；二是由于在反应过程中有铁损耗，需不断地补充 铁屑；三是反应前、后均需要用大量的酸和碱来调节废水 pH值。