电?化?学?水?处?理?技?术?的?研?究?与?应?用[摘要]电化学水处理技术，由于其设备小、占地少、运行管理简单和处理效果好等优点，日益受到人们的重视。求节能高效的电化学水处理技术与设备已成为电化学应用技术研究的重要方向。电化学水处理技术是一种环境友好型技术，文章介绍其基本原理和优点，主要对其研究与应用进行了阐述，并简单概述了节省电凝聚气浮法处理废水的运行费用。[关键词]电化学；废水处理；应用电化学处理方法是指在特定的电化学反应器内，通过设计的电极反应以及由此而引起的一系列的化学反应、电化学过程或物理过程，达到污染物降解转化的目的。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为“环境友好”技术。1电化学水处理的基本原理电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学转化而从废水中减少或去除。它可分为直接电解和间接电解。1.1直接电解直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除。直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。

阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，主要用于卤代烃的还原脱卤和重金属的回收。1.2间接电解间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性更小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H2O2和O3等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、·HO、·HO2等自由基。2电化学水处理的主要技术方法及其运用电化学废水处理技术主要包括：电凝聚气浮法、微电解法、电化学氧化法电渗析法、电吸附法。下面分别介绍它们的基本原理及研究应用情况。2.1电凝聚气浮法电凝聚气浮法是采用可溶性阳极(Fe，Al等)，生成Fe2+、Fe3+、A13+等大量阳离子，通过絮凝生成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀物，以去除水中的污染物。同时，阴极上产生大量的氢气微气泡，阳极上产生大量的氧气微气泡，与絮凝污物一起上浮并从废水中除去。其电极上的基本反应是：阳极氧化：Fe?2e→Fe2+Eθ(Fe2+/Fe)=?0.440V Fe-3e→Fe3+Eθ(Fe3+/Fe)=?0.037V 阴极还原：2H+2e→H2Eθ(H/H2)=?0.000V主反应：Fe+2H2O→Fe(OH)2+H2 4Fe+10H2O→4Fe(OH)3+4H2 影响电凝聚气浮法处理效果的因素包括废水的物理化学性质与电化学参数。

前者有pH、电导率阴离子种类和数量、阳离子种类和数量、水温等；后者主要有电极极间距、外加电压以及电解时间等。采用电凝聚气浮法处理卫河水，当COD浓度977.6mg/L，浊度为140.7NTU，色度大于2000时，处理的最佳工艺条件为：电度1.5A、pH为6~8、电解时间20min。COD浓度的去除率最高达到94%，浊度去率可达83%。电凝聚气浮法在有效去除有机物的同时，能高效脱色，脱色率可达96%以上。处理后水的浊度、色度、COD浓度等均达到国家排放标准。将脉冲电源和直流电源分别作为电凝聚气浮法处理厨房废水的外加电源，试验探明其对废水电解处理的电能消耗和COD去除率的影响，并分析废水脉冲电解处理节能高效的原因。试验结果表明，脉冲电流占空比60%，频率相对直流电流能够更加有效减缓电极的极化，降低电极过电位，使电能消耗降低15%～35%；在脉冲电凝聚气浮法处理废水过程中电流效率稳定、Fe2+能够有效扩散到废水中，使去污效果增强5%～7%。2.2微电解法微电解法又称为内电解法，是基于电化学反应的氧化还原、电池反应产物的絮凝、铁屑对絮体的电附集、新生絮体的吸附以及床层过滤的综合作用。

微电解法以铁屑和炭构成原电池，污染物在正，负极上生化学反应，加上原电池自身的电附集、物理吸附及絮凝等作用达到去除污染物的目的。微电解法不消耗能源，处理费用低，使用的铁屑多来自切削工业的废料，具有以废治废的意义。微电解法的反应器中堆填铁屑、颗粒活性炭，它们在废水中形成无数个微小的原电池，铁屑为阳极，颗粒炭为阴极，其电极反应为：阳极：Fe-2e→Fe2+，Eθ(Fe2+/Fe)=-0.440v 阴极：2H+2e→2H?→H2，Eθ(H+/H)=-0.000V(在酸性或偏酸性溶液中)当有O2时：O2+4H++4e?→H2O，Eθ(O2/H2O)=1.22V O2+2H2O+4e?→4OH?，Eθ(O2/OH?)=0.41V(在中性或碱性溶液中) 在阴极产生的新生态Ｈ·具有较高的化学活性，可将部分大分子有机物转化为小分子，提高了废水的可生化性。微电解技术在废水处理中的应用可分为两个方面，一是单独作为一种处理方法氧化有机废水；二是与其它方法联用，比如法、混凝法、生物法等。2.3电化学氧化法电化学氧化分为直接氧化和间接氧化两种，属于阳极过程。直接氧化是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质；间接氧化则是通过阳极反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外的中间反应，使被处理污染物氧化，最终转化为无害物质。

对于阳极直接氧化而言，如反应物浓度过低会导致电化学表面反应受传质步骤限制；对于间接氧化，则不存在这种限制。在直接或间接氧化过程中，一般都伴有析出H2或O2的副反应，但通过电极材料的选择和电势控制可使副反应得到抑制。电化学氧化技术在生活污水和工业废水的处理中已有一定的应用研究与工程应用，并取得良好的效果。2.4电渗析法电渗析(ED)技术是膜分离技术的一种，它是将阴、阳离子交换膜交替地排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(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，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。电渗析设备主要由电渗析器本体和辅助设备两大部分组成。电渗析器本体又可分成为膜堆、极区和夹紧装置三部分，膜堆是电渗析器核心部分。辅助设备包括整流器，水泵，流量计，过滤器，水箱和仪器仪表等。目前为止电渗析技术主要有无极水电渗析技术，无隔板电渗析器，卷式电渗析器，填充床电渗析技术，液膜电渗析，双极膜电渗析技术等。2.5电吸附法电吸附技术是吸附剂吸附作用与电化学作用再生吸附剂的联合技术，是吸附剂吸附与脱附的动态过程。

电吸附技术尚未广泛应用于实际工程中，但已日益受到研究人员的重视。研究表明，电吸附一方面可以增加活性炭等吸附剂的吸附容量，另一方面可以减少化学再生或热再生可能产生的二次污染。电吸附的优势为：可吸附去除难生物降解的有机物质；净化程度好，可用于处理稀溶液体系；能耗小，操作成本低。3电化学处理技术的优点(1)具有多功能性。电化学技术除可利用电化学氧化还原反应使毒物降解、转化外，还可用于悬浮物或者胶体体系的相分离等。(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，阴阳极可同时发挥作用。它既可以做单独处理工艺使用，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。电化学过程中产生的羟基自由基无选择的直接与废水中的有机物反应，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。(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，易于实现自动控制。4结语电化学水处理技术，由于其设备小、占地少、运行管理简单和处理效果好等优点，日益受到人们的重视。但由于其在实际运用中尚存在电能消耗高、效果不稳定等点，使其难于广泛应用。寻求节能高效的电化学水处理技术与设备已成为电化学应用技术研究的重要方向。参考文献: 《电化学方法应用》陈国华、王光信等编著