水处理电化学技术.docx

水处理电化学技术一、电化学水处理技术的发展概况20世纪60年代初期随着电力工业的快速发展电解法开始引起人们的注意。传统的电解反应器采用的是二维平板电极这种反应器有效电极面积很小传质问题不能很好地解决。而在工业生产中要求有高的电极反应速度所以客观上需要开发新型、高效的电解反应器。1969年Backnurst等提出流化床电极(FluidBedElectrode简称FBE)的设计。这种电极与平板电极不同有一定的立体构型比表面积是平板电极的几十倍甚至上百倍电解液在孔道内流动电解反应器内的传质过程得到特别大的改善。1973年M.Fleischmamm与F.Goodridge等研制成功了双极性固定床电极(BipolarPackedBedElectrode简称BPBE)。内电极材料在高梯度电场的作用下复极化形成双极粒子分别在小颗粒两端发生氧化-还原反应每一个颗粒都相当于一个微电解池。由于每个微电解池的阴极和阳极距离很小迁移就容易实现。同时由于整个电解槽相当于无数个微电解池串联组成因此效率大大提高。二、电化学水处理技术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即直接电解和间接电解。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。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（媒介电化学氧化）是指氧化还原物在电解过程当中可电化学和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质如具备强氧化性的氯酸盐、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、O2-等自由基。另外根据具体的使用方法还可分为：1.电凝聚电气浮法在外电压作用下可溶性阳极（铁或铝）被氧化产生大量阳离子继而形成胶体使中的污物凝聚同时在阴极上产生的大量氢气形成微气泡与絮粒粘附在一起上浮这种方法称为电凝聚电气浮。在电凝聚中常常用铁铝做阳极材料。2.电沉积法利用电解液中不同金属组分的电势差使自由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。适宜的电势是电沉积发生的关键。无论金属处于何种状态均可根据溶液中离子活度的大小由能斯特方程确定电势的高低同时溶液组成、温度、超电势和电极材料等也会影响电沉积过程。3.电化学氧化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备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当中一般都伴有析出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。4.光电化学氧化通过半导体材料吸收可见光和紫外光的能量产生“电子-空穴”对并储存多余的能量使得半导体粒子能够克服热动力学反应的屏障作为催化剂使用进行一些催化反应。5.电渗析依靠在电场作用下选择性透过膜的独特功能使离子从一种溶液进入另一种溶液中达到对离子化污染物的分离和浓缩。利用电渗析处理金属离子时并不能直接到固体金属但能得到浓缩的盐溶液并使出水水质得到明显改善。目前研究最多的是单阳膜电渗析法。6.电化学膜分离利用膜两侧的电势差进行的分离过程。常用于气态污染物的分离。三、电化学水处理技术的优点(1)过程当中产生的·OH自由基可以直接与中的有机污染物反应将其降解为二氧化碳、水和简单有机物没有或很少产生二次污染是一种环境友好技术(EnvironmentFriendlyTechnology)；(2)能量效率高电化学过程一般在常温常压下就可进行；(3)电化学方法既可以单独使用又可以与其他处理方法结合使用如作为前处理方法可以提高废水的生物降解性；(4)电解设备及其操作一般比较简单费用较低。