電化學(xué)水處理技術(shù)

1、電電化學(xué)學(xué)水處處理技術(shù)術(shù)的分類類按作用機(jī)理分類直接電解間接電解陽(yáng)極過程陰極過程可逆過程不可逆過程 直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中去除。直接電解可分為陽(yáng)極過程和陰極過程。陽(yáng)極過程就是污染物在陽(yáng)極表面氧化而轉(zhuǎn)化成毒性較小的物質(zhì)或易生物降解的物質(zhì)，從而達(dá)到削減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除，主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。 間接電解是指利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑或催化劑，使污染物轉(zhuǎn)化成毒性更小的物質(zhì)。間接電解分為可逆過程和不可逆過程。可逆過程是指氧化還原物在電解過程中可電化學(xué)再生和循環(huán)使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)

2、生的物質(zhì)，如具有強(qiáng)氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、H2O2和O3等氧化有機(jī)物的過程。按技術(shù)方法分類電氣浮法電化學(xué)氧化法內(nèi)電解法電滲析法電吸附法1、電氣浮法 電氣浮法也叫電凝聚法或電凝聚氣浮法，即在外電壓作用下利用可溶性陽(yáng)極(鐵或鋁)產(chǎn)生等大量陽(yáng)離子 ，通過絮凝生成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3 等沉淀物，對(duì)膠體污染物進(jìn)行凝聚，以去除水中的污染物。同時(shí)陰極上析出大量氫氣微氣泡，與絮凝污物一起上浮并從廢水中除去，從而實(shí)現(xiàn)污染物的分離。氣浮池平流式氣浮池豎流式氣浮池氣浮裝置 電氣浮法中，通常采用的陽(yáng)極材料為金屬鋁或鐵，由于該方法在消耗鋁材的同時(shí)還消耗大量的能源，因而它的應(yīng)用受到了一定的限制

3、。 當(dāng)前的發(fā)展方向是通過改進(jìn)電源技術(shù)、研究新型電極材料及結(jié)構(gòu)，使電能消耗和材料消耗進(jìn)一步降低。電電氣浮氣浮法法的局限性和發(fā)展方向的局限性和發(fā)展方向2、電化學(xué)氧化法 電催化氧化是通過陽(yáng)極反應(yīng)直接降解有機(jī)物，通過陽(yáng)極和催化材料反應(yīng)產(chǎn)生的超氧自由基（O2）、H2O2、羥基自由基（OH）等一類活性基團(tuán)來(lái)氧化降解水體中的有機(jī)物。該方法具有有機(jī)物氧化徹底，不易產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。 電化學(xué)氧化原理是：有機(jī)物的某些官能團(tuán)具有電化學(xué)活性，通過電場(chǎng)的強(qiáng)制作用，官能團(tuán)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變了有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)，使其毒性減弱以至消失，增強(qiáng)了生物可降解性。 電化學(xué)氧化分為直接氧化和間接氧化兩種，屬于陽(yáng)極過

4、程。直接氧化是通過陽(yáng)極氧化使污染物直接轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)；間接氧化則是通過陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的中間物質(zhì)或發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)之外的中間反應(yīng)，使被處理污染物氧化，最終轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。 對(duì)于陽(yáng)極直接氧化而言，如反應(yīng)物濃度過低會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)表面反應(yīng)受傳質(zhì)步驟限制；對(duì)于間接氧化，則不存在這種限制。 在直接或間接氧化過程中，一般都伴有析出H2 或O2 的副反應(yīng)，但通過電極材料的選擇和電勢(shì)控制可使副反應(yīng)得到抑制。電化學(xué)氧化技術(shù)在生活污水和工業(yè)廢水的處理中已有一定的應(yīng)用，并取得良好的效果。 電極在電氧化技術(shù)中處于“心臟”的地位，我們希望電極對(duì)所處理的物質(zhì)表現(xiàn)出高的反應(yīng)速率，且具好的選擇性，則電氧化電極應(yīng)具有良好的

5、導(dǎo)電性、高的催化活性和良好的穩(wěn)定性。 目前常采用的電極仍然是石墨、鋁板、鐵板、不銹鋼和一些不溶性電極如PbO2及一些貴金屬電極如Pt等。石墨 電極強(qiáng)度較差，在電流密度較高時(shí)電極損耗較大，電流效率低。而鋁板或鐵板為可溶性電極，電極本身材料消耗量大，成本高，因此產(chǎn)生的污泥量也大。不溶性電極PbO2的氧化能力雖然高于石墨電極，鑒于目前用于有機(jī)廢水氧化降解處理中時(shí)間長(zhǎng)、效率低，而且電極容易因污染而失活，電極材料種類不多且工作壽命不長(zhǎng)。電氧化電極電氧化電極改進(jìn)復(fù)合金屬氧化物電極3、 內(nèi)電解法 內(nèi)電解法又稱為微電解法，是基于電化學(xué)反應(yīng)的氧化還原、電池反應(yīng)產(chǎn)物的絮凝、鐵屑對(duì)絮體的電附集、新生絮體的吸附以及床

6、層過濾的綜合作用。微電解法以鐵屑和炭構(gòu)成原電池，污染物在正，負(fù)極上生化學(xué)反應(yīng)，加上原電池自身的電附集、物理吸附及絮凝等作用達(dá)到去除污染物的目的。微電解法不消耗能源，處理費(fèi)用低，使用的鐵屑多來(lái)自切削工業(yè)的廢料，具有以廢治廢的意義。鐵碳內(nèi)電解填料 內(nèi)電解法的反應(yīng)器中堆填鐵屑、顆?；钚蕴?，它們?cè)趶U水中形成無(wú)數(shù)個(gè)微小的原電池，鐵屑為陽(yáng)極，顆粒炭為陰極，其電極反應(yīng)為：陽(yáng)極：Fe -2e ， ( /Fe)=-0.440v陰極：2 +2e 2H H2 ， ( /H )=-0.000V (在酸性或偏酸性溶液中) 當(dāng)有 O2 時(shí)(在中性或堿性溶液中)： O2 +4 +4e H2O ， (O2/H2O) = 1.

7、22V O2+2H2O+4e 4 ， (O2/ )=0.41V 1. 氫的還原作用電極陰極產(chǎn)生新生態(tài)氫具有較大的活性，能與廢水中某些組分發(fā)生還原作用，破壞發(fā)色物質(zhì)發(fā)色結(jié)構(gòu)，使偶氮基斷裂，大分子分解成小分子，硝基化合物還原為胺基化合物，達(dá)到脫色的目的且使廢水組成向易生化方向轉(zhuǎn)變。2. 鐵的混凝作用從陽(yáng)極得到的 離子在有氧和堿性條件下會(huì)生成Fe(OH)2和Fe(OH)3。具有強(qiáng)吸附能力的Fe(OH)3膠體吸附廢水中的懸浮物、一些不溶物及不溶性染料，使其凝聚沉降。3. 鐵屑的還原吸附和活性炭吸附作用在弱酸性溶液中，比表面積豐富的鐵屑利用其較高的表面活性吸附多種金屬離子，促進(jìn)金屬去除。而鑄鐵是多孔性物

8、質(zhì)，利用高表面活性吸附廢水中有機(jī)污染物。活性炭吸附能力強(qiáng)，廢水中的固體顆粒易被它吸附。4. 電泳作用在微電池周圍電場(chǎng)作用下，廢水中膠體狀態(tài)的帶電污染物在靜電引力和表面能的作用下，向帶有相反電荷的電極移動(dòng)，附集并沉積在電極上而得以去除。作用機(jī)理作用機(jī)理4、電滲析法 電滲析(ED)技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種，它是將陰、陽(yáng)離子交換膜交替排列于正、負(fù)電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成淡化和濃縮兩個(gè)系統(tǒng)，在直流電場(chǎng)作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。 倒極電滲析（EDR），為電滲析的應(yīng)用前景提供了一個(gè)重要方向，根據(jù)ED原理

9、，每隔一定時(shí)間，正負(fù)電極極性相互倒換（頻繁倒極），能自動(dòng)清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢、以確保離子交換膜效率的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在廢水處理方面的應(yīng)用有其獨(dú)到之處，EDR水循環(huán)，水回收率最高可達(dá)95%，它的服役壽命長(zhǎng)，管理簡(jiǎn)單，與其他方法相比更有競(jìng)爭(zhēng)力。 填充電滲析（EDI），是將電滲析與 離子交換法結(jié)合起來(lái)的一種新型水處理方法，綜合了電滲析和離子交換法的優(yōu)點(diǎn)，并克服了各自缺點(diǎn)，提高了極限電流密度和電流效率的作用。 高溫電滲析，優(yōu)點(diǎn)在于能使溶液 的粘度下降，提高擴(kuò)散速度，增大溶液和膜的電導(dǎo)，從而可以提高允許密度，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力或者降低動(dòng)力消耗，從而降低處理費(fèi)用。 通過實(shí)驗(yàn)，高溫電滲析對(duì)降低能耗

10、的效果是顯著的，尤其是對(duì)有余熱可利用的工廠更為適宜。雙極性膜電滲析（EDMB），由層壓在一起的陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜及兩層膜之間的中間層構(gòu)成。當(dāng)陽(yáng)極和陰極間施加電壓時(shí)，電荷通過離子進(jìn)行傳遞，若沒有離子存在，電流將由水解電離的 和 傳遞。幾種常見的電滲析過程幾種常見的電滲析過程 電滲析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：能量消耗低、藥劑耗量少、環(huán)境污染小、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化、設(shè)備緊湊耐用，預(yù)處理簡(jiǎn)單。它的缺點(diǎn)是在運(yùn)行過程中易發(fā)生濃差極化而結(jié)垢。電滲析設(shè)備5、電吸附法 電吸附除鹽技術(shù)的基本思想就是通過施加外加電壓形成靜電場(chǎng)，強(qiáng)制離子向帶有相反電荷的電極處移動(dòng)，使離子在雙電層內(nèi)富集，大大降低溶液本體濃度

11、，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水溶液的除鹽。 電吸附原理見圖，原水從一端進(jìn)入由兩電極板相隔而成的空間，從另一端流出。原水在陰、陽(yáng)極之間流動(dòng)時(shí)受到電場(chǎng)的作用，水中離子分別向帶相反電荷的電極遷移，被該電極吸附并儲(chǔ)存在雙電層內(nèi)。隨著電極吸附離子的增多，離子在電極表面富集濃縮，最終實(shí)現(xiàn)與水的分離，獲得凈化/淡化的產(chǎn)品水。工作過程示意圖 在電吸附過程中，電極能快速充放電，而且由于在充放電時(shí)僅產(chǎn)生離子的吸/脫附，電極結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化，所以其充放電次數(shù)在原理上沒有限制。 當(dāng)含有一定量鹽類的原水經(jīng)過由高功能電極材料組成的電吸附模塊時(shí)，離子在直流電場(chǎng)的作用下被儲(chǔ)存在電極表面的雙電層中，直至電極達(dá)到飽和。此時(shí)，將直流電源去掉，并將

12、正負(fù)電極短接，由于直流電場(chǎng)的消失，儲(chǔ)存在雙電層中的離子又重新回到通道中，隨水流排出，電極也由此得到再生。電極再生過程示意圖電極的再生1、耐受性好：電吸附部件使用壽命長(zhǎng)(5年)，避免了因更換核心部件而帶來(lái)的運(yùn)行成本的提高。2、特殊離子去除效果顯著 電吸附技術(shù)對(duì)氟、氯、鈣、鎂離子去除效果尤佳。3、無(wú)二次污染：電吸附系統(tǒng)幾乎不添加任何藥劑，排放濃水所含成分均系來(lái)自于源水，系統(tǒng)本身不產(chǎn)生新的排放物。濃水可直接達(dá)標(biāo)排放，無(wú)需進(jìn)一步處理。4、對(duì)顆粒污染物要求低：由于電吸附除鹽裝置采用通道式結(jié)構(gòu)（通道寬度為毫米級(jí)），因此不易堵塞。對(duì)前處理要求相對(duì)較低，因此可降低投資及運(yùn)行成本。同時(shí)，電吸附除鹽設(shè)備具有很強(qiáng)的

13、耐沖擊性。5、抗油類污染：電吸附除鹽裝置采用特殊的惰性材料為電極，可抗油類污染。電吸附除鹽技術(shù)已成功應(yīng)用于煉油廢水回用，實(shí)踐證明了此點(diǎn)。6、操作及維護(hù)簡(jiǎn)便：電吸附系統(tǒng)不采用膜類元件。在停機(jī)期間也無(wú)須作特別保養(yǎng)。系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)化程度高，對(duì)操作者的技術(shù)要求較低。7、運(yùn)行成本低：電吸附技術(shù)屬于常壓操作，能耗比較低，其主要的能量消耗在于使離子發(fā)生遷移。與其它出除鹽技術(shù)相比可以大大地節(jié)約能源。其根本原因在于電吸附技術(shù)除鹽的原理是有區(qū)別地將水中作為溶質(zhì)的離子提取分離出來(lái)，而不是把作為溶劑的水分子從待處理的原水中分離出來(lái)。 電吸附的優(yōu)勢(shì)電吸附的優(yōu)勢(shì) 齊魯石化研究院與愛思特合作，率先建成世界首例千噸級(jí)煉油廢水再生裝置，其污水回用規(guī)模為每天2400立 方 米 ， 平 均 除 鹽 率 為62.3%，達(dá)到循環(huán)水補(bǔ)水水