浅析电化学技术在废水处理中的研究现状摘要电化学技术的应用范围越来越宽广，由于其具有污染少、易于控制、设备简单和无需添加氧化剂等化学药品等优点，电化学技术在环境污染物检测、环境污染物处理、清洁生产和清洁能源等方面发挥着越来越大的作用。

本文对电化学技术在废水处理中的应用进行了简要的分析，对各种方法进行了阐述，包括了简单的机理探讨和实际应用。

关键词: 电化学；废水；处理；应用AbstractThe application of electrochemical technology are more and more broad, since it has less pollution, easy to control, simple equipment and need not add antioxidant chemicals etc. And the electrochemical technology in environmental detection, environment pollution treatment, clean production and clean energy are playing a more and more important role. In this paper, the electrochemical technology applications in wastewater treatment is briefly analyzed and various methods were introduced, including the mechanism of a simple discussion and practical application.Key words: electrochemistry; wastewater; treatment; application第1章前言水是生命之泉，是我们人类生活的保障。

目前，世界上有12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施，每年有300万~ 400万人死于和水有关的疾病。

水资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存[1]。

随着我国人口的增长和工业化、城市化加快，工业废水、废气、废渣造成了我国环境的严重污染，对人类的生存构成了巨大威胁。

随着对废水处理的深入研究，目前处理废水有以下几种方法：物理法、化学法、物理化学法和生物法等。

由于以上方法都有其不足之处，再加上现在大力倡导清洁生产，使电化学技术成为了研究热点。

电化学[2]是研究化学能与电能之间相互转化的古老学科，从学科性质上讲，属于物理化学的一个重要分支，在与无机化学、有机化学、分析化学、化学工程等学科相互渗透、协调发展的过程中逐渐形成了自己完备的理论与应用体系。

电化学技术在解决环境问题方面具有很大的优势，且应用领域广泛，涵盖了电合成、二次能源、传感器和环境监测、污染物的电化学处理和腐蚀防护等。

电化学在工业上有着重要作用，包括电解、金属加工与处理、电池和燃料电池、水和废水处理等方面的应用[3]。

在某些应用方面，对比现有常用的净化处理方法，电化学方法具有独特的优势[2]：（1）具有多种功能，电化学法除可用电化学氧化还原使毒物降解、转化以外，还可用于悬浮或胶体体系的相分离。

电化学方法的这种多功能性使电化学法具有广泛的选择性，在污水、废气、有毒废物处理等多方面均可发挥作用。

（2）化学过程中的主要运行参数是电流和电位，容易测定和控制，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。

（3）电子是电化学反应的主要产物，且电子转移只在电极及废物组分之间进行，不需另外添加氧化还原试剂，避免了由另外添加药剂而引起的二次污染问题。

通过控制电位，可使电极反应具有高度选择性，防止有可能发生的副反应。

（4）电化学系统设备相对简单，设计合理的系统能量效率也较高，因而操作与维护费用较低。

（5）兼具气浮、絮凝、杀菌多种功能，必要时阴极、阳极可同时发挥作用。

既可以作为单独处理，又可以与其他处理方法相结合。

如作为预处理，将难降解有机物或生物毒性污染物转化为可生物降解物质，以提高废水的可生物降解性。

第2章电化学技术处理废水的研究现状电化学处理技术一般包括以下几种方法：电解凝聚法、电化学氧化法、内电解法、电解气浮法和电沉积法等。

这些方法以电化学的基本原理为基础，利用电极反应及其相关过程，通过直接和间接的氧化还原、凝聚絮凝、吸附降解和协同转化等综合作用，对水中有机物、重金属、硝酸盐、胶体颗粒物、细菌、色度、臭味等污染物具有较好的去除效果。

电化学法处理污水，具有无需添加氧化剂，絮凝剂等化学药品，设备体积小，占地面积小，操作简单灵活，排污量小，不仅可以处理无机污染物，也可以处理有机污染物，特别是一些无法用生物降解的有毒有机物可用电化学方法处理，用电还原法处理一些重金属污水时还可回收废水中的金属等优点[4]。

2.1 电解凝聚法该法[4]采用可溶性阳极如Fe、Al等金属板，在外加直流电压的作用下，金属阳极氧化溶解，生成金属离子Fe2+、Fe3+、Al3+，这些离子在水中OH-作用生成Fe(OH)2、Fe(OH)3与Al(OH)3氢氧化物沉淀，当水中含有重金属离子时，生成的金属氢氧化物能与Al(OH)3和Fe(OH)3形成凝聚共沉体，或是Al(OH)3、FeOH)2、FeOH)3等微絮体与污水中的污染物进行絮凝作用而沉淀来实现分离净化的目的。

该方法具有处理效果好、占地面积小、设备简单、操作方便等优点，也存在阳极金属消耗量大、需要大量盐类作辅助药剂、能耗高、运行费用较高等缺点。

王刚等[5]采用电凝聚方法，作为垃圾渗滤液前处理工艺，对COD和氨氮都有一定的去除效果。

2.2 电化学氧化法电化学氧化法可分为直接氧化法和间接氧化法。

其本质是指电解质溶液在电流的作用下，在阳极和电解质溶液界面上发生反应物粒子失去电子的氧化反应，在阴极和电解质溶液界面上发生反应物粒子与电子结合的还原反应的电化学过程[6]。

直接氧化是在阳极表面发生氧化反应直接把污染物变成无害物质，该法又可分为两类[7]：一是电化学转换，即被氧化物质未发生完全氧化。

相对于废水处理而言，电化学转化可以把有毒物质转变为无毒物质，或把非生物相容的有机物转化为生物相容的物质（如芳香物开环氧化为脂肪酸），以便进一步实施生物处理；二是电化学燃烧，即被氧化物质彻底氧化为稳定的无机物，相对于废水处理而言，电化学燃烧可以将废水中的有机物彻底氧化为CO2。

间接氧化是在阳极反应过程中生成具有较强氧化性质的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应，氧化被处理污染物，最终使其降解。

为了得到高的电流效率，间接氧化法必须满足以下要求[8]：M的生成电位必须不靠近析氢或析氧反应的电位；M的产生速度足够大；M与污染物的反应速度比其他竞争反应速度大得多，在某些情况下M是催化剂，可以循环使用。

杨少斌等[9]采用电化学氧化法处理印染废水，其结果表明经处理后的废水能达到国家污水综合排放标准级要求。

2.3 电化学还原法电化学还原即通过阴极还原发生去除环境污染物。

也可分为阴极直接还原和阴极间接还原。

间接阴极还原主要是指利用电化学过程中生成的一些氧化还原媒质，如Ti3+、V2+ 和Cr2+，将污染物还原去除。

有毒氯代有机物不仅可以通过阳极氧化法被·OH分解，还可以通过阴极还原脱氯，Schmal等[10]对电化学方法处理卤代有机化合物废水的可行性进行了评价。

2.4 内电解法此法又被称为微电解，利用铁屑中的铁和碳组分（或另外加入焦炭等）构成原电池，它是指在电解槽反应器中充填粒子，外加直流电场使其中的导电粒子复极化而形成无数微小的电解槽，污染物被吸附到粒子表面发生电化学反应而被去除[11]。

内电解法包括以下几个方面的作用[12]：（1）原电池反应：铸铁是铁和碳的合金。

因此当铸铁浸入废水中时就会构成许多细小的微电池，纯铁为阳极，碳及杂质则成为阴极，发生电极发应。

（2）氢的还原作用：从电极反应中得到的新生态氢具有较大的活性，能与废水中的许多组分发生氧化还原作用，能破坏发色物质的发色结构，使偶氮基断裂、大分子分解为小分子、硝基化合物还原为胺基化合物，达到脱色的目的，同时使废水的组成向易于生化的方向转变。

（3）电化学附集作用，当铁与碳或其他杂质之间形成一个个小的原电池时，将在其周围产生许多微电场，废水中稳定的胶体粒子、极性分子和细小分散的污染物受微电场的作用后便会发生电泳，向相反电荷的电极移动，并且聚积在电极上，形成大颗粒而被附集，使废水COD值降低。

（4）铁的混凝作用，用铁屑处理废水时，会产生Fe2+ 和Fe3+。

Fe2+ 和Fe3+ 是很好的絮凝剂，把溶液pH调至碱性且有O2存在时，会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮凝沉淀。

Fe(OH)3是胶体絮凝剂，它的吸附能力高于一般药剂水解得到Fe(OH)3的吸附能力。

另外生成的Fe(OH)3可能水解生成Fe(OH)2＋等络离子，这些离子具有很强的絮凝功能，这样，废水中原有的悬浮物、通过微电池反应产生的不溶物和构成色度的不溶性染料均可被其吸附凝聚。

（5）物理吸附，活性碳有很强的吸附能力，尤其是废水中的固体微粒，很容易被它吸附除去。

在弱酸性溶液中，铁屑丰富的比表面积显出较高的表面活性，能吸附多种金属离子，能促进金属的去除。

而且铸铁是一种多孔性物质，其表面具有较强的活性，能吸附废水的有机污染物，净化废水。

特别是加入烟道灰等物质时中，其很大的比表面积和微晶表面上的大量不饱和键和含氧活性基团，在相当宽的pH范围内对染料分子都有吸附作用。

安晓雯[13]应用内电解原理预处理制药废水，取得了较好的处理效果，提高了废水的可生化性。

2.5 电渗析法电渗析法[14]是属于膜分离的范畴，是把阴、阳离子交换膜交替分布在阳、阴极之间并用隔板隔开，利用离子交换膜的选择透过性，使电解质分离出来。

目前的电渗析技术有倒极电渗析、液膜电渗析、填充床电渗析、双极膜电渗析、无极水电渗析等，最有应用前景的是填充床电渗析和双极膜电渗析。

填充床电渗析是将电渗析与离子交换法结合起来的一种新型水处理方法，它集中了电渗析和离子交换法的优点，提高了极限电流密度和电流效率。

最大特点是利用水解离产生的H+ 和OH- 自动再生填充在电渗析器淡水室中的混床离子交换树脂上，从而实现了持续深度脱盐。

双极膜是一种新型离子交换复合膜，一般由层压在一起的阳离子交换膜组成，通过膜的水分子即刻分解成H+ 和OH-，因此可作为H+ 和OH- 的供应源。

双极膜电渗析法的优点是过程简单、能效高、废物排放少。

目前，双极膜电渗析工艺主要应用在酸碱制备领域。