電解法在水處理中的應(yīng)用

1、電化學(xué)法在水處理中的應(yīng)用 班級：化工1306姓名： 學(xué)號： 2016.05.25摘要自20世紀80年代以來，隨著人們對環(huán)境科學(xué)認識的不斷深入和對環(huán)保要求的日益提高，水污染問題就在不斷發(fā)展的過程被暴露了出來，水中的有機物和重金屬都是主要危害環(huán)境的物質(zhì)，這些污染物的處理就成了解決此類污染的重點。某些污水如印染廢水，化學(xué)工業(yè)污水等，這些廢水的特點是色度高，cod值高，含鹽量大，不適合生化處理，所以采用了電化學(xué)法處理。本文根據(jù)兩類廢水的處理闡述了一些電化學(xué)處理的具體方法。關(guān)鍵詞：電化學(xué)法 染料廢水 化工廢水 微電解法AbstractSince the 1980s, as people deeper u

2、nderstanding of environmental science and the increasing requirements of environmental protection, water pollution problems in the process of development is exposed out. Organic compounds and heavy metals in water are the main hazardous to the environment, dealing with these pollutants has become th

3、e focus of solving such pollution. Some sewage, wastewater characteristics such as wastewater, sewage and other chemical industry is high color, cod value is high, a large amount of salt, is not suitable for biological treatment. So using an electrochemical treatment. Based on the two types of waste

4、water treatment set forth some specific electrochemical process.Keywords: Electrochemical Dyeing Wastewater Chemical Wastewater micro-electrolysis一 引言隨著社會的不斷快速發(fā)展，工業(yè)技術(shù)的不斷進步，人們的物質(zhì)水平不斷提高，對水質(zhì)的要求也越來越高。但是水質(zhì)的問題沒有減少，相反地它的問題隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，人口的不斷增加而逐漸暴露出來。尤其是水質(zhì)中的污染物從20世紀50年代以來含量逐漸升高、成分也越來越復(fù)雜。因此水體中有機污染物和重金屬的處理成了環(huán)境問題

5、的重點。了解污水中有機污染物的來源、分類及危害，對于研究污水中有機污染物處理方法的探究具有重要的意義。而電化學(xué)法在處理染料廢水及化工廢水的方面起到了重要的作用。二 水污染物的主要來源及主要處理方法 水體按來源可分為：（一）工業(yè)廢水 其為水污染的主要原因，特點是水質(zhì)合水量因產(chǎn)生品種、工藝和生產(chǎn)規(guī)模等的不同而有很大差別。（二）生活污水 指人們?nèi)粘Ｉ畹南礈鞆U水和糞尿污水等。（三）農(nóng)業(yè)污水（四）其他 工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物合城鎮(zhèn)居民生活垃圾受雨水淋洗及滲漏會對附近水體或地下水造成污染12。本文主要闡述染料廢水以及化學(xué)工業(yè)污水的電化學(xué)處理方法。電化學(xué)處理分為兩個方面：電解法以及微電解法。電解法

6、其中還包括電催化氧化法，陰極還原法，陽極凝聚法，電浮離法1。微電解法可以與活性炭吸附法7，活性污泥法聯(lián)用，可以達到更好的效果。三 各類廢水的特點染料廢水一般是由漂染行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水，成分比較復(fù)雜，常含有多種染料，并且色度很深，毒性強，難降解，COD值很高，一般在1000mg/l以上，有機物含量高。不適合生化處理。化學(xué)工業(yè)污水例如成品罐污水，水質(zhì)復(fù)雜，含油量高，色度高，COD值很高，一般在10000mg/l左右，可生化性很差，并且必須用多種處理方法合用2。四 電化學(xué)法的主要原理1. 電解法的主要原理電解法也稱為電化學(xué)氧化法。近年研究表明，電化學(xué)技術(shù)不僅能夠去除重金屬，而且能去除COD、BOD、

7、TSS(懸浮固體總量)，并具有較好的脫色效果，可以大大提高廢水的可生化性。電解法的工作原理：電解時，在電解槽中通入一定電壓的直流電，當直流電通過電解溶液時，發(fā)生離子運動，電解質(zhì)的陰離子移向陽極，在陽極失去電子而被氧化，陽離子移向陰極，在陰極得到電子而被還原。利用電解法處理有機廢水時，廢水中污染物在電解反應(yīng)作用下產(chǎn)生不溶于水的沉淀物，或生成氣體從水中逸出，從而能有效降低COD2。電解法主要是通過電解過程中的絮凝作用、電催化氧化作用、電沉積作用、電氣浮作用等對有機物進行降解，在這個氧化還原反應(yīng)中，主要是通過犧牲陽極而進行的反應(yīng)，對有機物進行脫色和COD去除。電解法不需或只需少量化學(xué)試劑，因此不會對

8、水質(zhì)產(chǎn)生二次污染，且易于與其他方法結(jié)合使用，有利于對廢水進行綜合處理。2. 微電解法的主要原理 微電解(microelectrolysis)法又稱為內(nèi)電解法、鐵炭法、鐵屑法等，是基于金屬腐蝕溶解的電化學(xué)原理，依靠廢水中形成的微電池的電極反應(yīng)而使廢水中的有機物得以降解。微電解是以鐵屑為原料，鑄鐵屑中含有鐵和碳兩種元素，鑄鐵屑與碳形成無數(shù)微電池，鐵屑與廢水中投加碳粉又構(gòu)成無數(shù)的電解電極；其中，碳的電位高，為微陰極；鐵的電位低，為微陽極。微電解法中的填料具有很高的比表面積，可以與廢水形成充分的接觸，形成良好的傳質(zhì)效果3。五 電化學(xué)法的主要特點1. 電解法的主要特點電解法既有優(yōu)于其他處理方法的地方，也

9、有它的不足。電解法的優(yōu)點是設(shè)備相對簡單，容易自動控制；處理過程是干凈的，通常不添加化學(xué)試劑，避免有二次污染到水質(zhì)中；后處理簡單，能使有機物徹底氧化；占地面積少，管理方便，污泥量很少，處理周期短，條件要求較簡單，處理成本低。它的缺點是電流效率仍然很低，經(jīng)濟上不合理，現(xiàn)在研究的電極主要是各種貴金屬價格偏高，加工成本太高處理有機污染物的機制討論的電解法不是非常充分，不能對電極的挑選具體理論起到指示作用，深入研究電化學(xué)反應(yīng)機理，并且床內(nèi)各點的電流電位分布是非常重要的；設(shè)計出高效合理的反應(yīng)器，也是必須解決的工業(yè)化促進應(yīng)用的問題這些問題都是要研究的方向，相信這些問題將會解決，電解法也將獲得在有機污染物的處

10、理的普遍應(yīng)用1。2. 微電解法的主要特點微電解填料多為鐵屑，例如鑄鐵廢品或爐渣5，鑄鐵主要成分是碳和鐵合金及一些雜質(zhì)，鑄鐵中的碳化鐵是一種極小的顆粒，分散在鐵內(nèi)，當鑄鐵浸入水中后就形成了無數(shù)個微電池，純鐵成為陽極，外加的碳源則成為陰極，這樣又組成了宏觀上的電池，在中性和偏酸性的環(huán)境中，鑄鐵電極本身極其所產(chǎn)生的新生態(tài)的H+、Fe2+等均能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞有色廢水中發(fā)色物質(zhì)的發(fā)色結(jié)構(gòu)，達到脫色的目的。 微電解法中的填料具有的作用有：氧化還原反應(yīng)，原電池反應(yīng)，電場作用，物理吸附作用，凝聚作用，電子傳遞作用4。電極反應(yīng)中反應(yīng)產(chǎn)物具有較高的化學(xué)活性，其中新生態(tài)氫能與印染廢水中的許多

11、組分發(fā)生氧化還原作用，能破壞發(fā)色物質(zhì)的發(fā)色結(jié)構(gòu)，使偶氮鍵斷裂，大分子分解為小分子、硝基化合物還原為胺基化合物，達到脫色的目的，同時使廢水的組成向易于生化的方向轉(zhuǎn)變。填料產(chǎn)生的電場作用可以形成電泳現(xiàn)象，加快其中懸浮物的凝聚成膠體，從而變成大顆粒，易于去除。另外，用于鐵炭微電解法的原料鑄鐵屑多來自切削工業(yè)廢料，具有應(yīng)用范圍廣泛、處理效果顯著、投資少、運行費用低、實用性強等優(yōu)點。六 電解法處理廢水的研究動態(tài)及其機理1. 三維電極6電化學(xué)反應(yīng)器的負荷低是其存在的主要問題。尤其是反應(yīng)物濃度低、 電極反應(yīng)速度慢時， 就更加迫切需要高效的電解槽。電化學(xué)反應(yīng)是在電極表面上進行的非均相反應(yīng)， 反應(yīng)物必須到達界面

12、才能參與反應(yīng)。因此， 有效提高反應(yīng)速度的方法就是增大電極表面積， 促進反應(yīng)物的遷移。這在普通的電解槽中不易實現(xiàn)， 而電極立體化的粒子群電極卻具有這一優(yōu)良性能。在普通電解槽中需很長時間才接近完全的反應(yīng)， 在粒子群電解槽中卻能很快完成， 這種電極結(jié)構(gòu)被稱為三維電極。三維電極是在傳統(tǒng)二維電解槽電極之間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料 （金屬、 活性炭、 石墨、碳纖維、 玻璃炭、二氧化硅等）并使裝填工作電極材料的表面帶電，成為新的一極，即第三極。與二維電極相比， 三維電極的比表面積增大，而且因為粒子間距小， 傳質(zhì)效果極大改善， 因而具有較高的電流效率。當廢水電導(dǎo)率較低時， 二維電極處理效果不理想， 需

13、要投入大量電解質(zhì)， 加大了處理費用， 而三維電極在一定程度上克服了這一缺點。三維電極按照粒子極性可分為單極性和復(fù)極性： 單極性填充床是將阻抗較小的粒子作為填充材料， 當主電極與導(dǎo)電粒子接觸時， 粒子帶電， 并且兩個電極之間通常有隔膜存在。復(fù)極性是通過在主電極上施加高壓以靜電感應(yīng)使粒子一端成為陰極。若使用阻抗較小的粒子， 如金屬、 活性炭等， 應(yīng)在外表面涂上絕緣層或添加絕緣體。此類化學(xué)反應(yīng)器一般填充高阻抗粒子材料， 粒子間及粒子與主電極間不導(dǎo)電， 因而不會短路。當主電極間所施加的電壓足夠高， 使導(dǎo)電顆粒沿電場方向的兩端的電位降超過陰極和陽極反應(yīng)的可逆電勢時， 導(dǎo)電顆粒就在電場的作用下感應(yīng)而復(fù)極化

14、為復(fù)極性粒子， 即在粒子的一端發(fā)生陽極反應(yīng)， 另一端發(fā)生陰極反應(yīng)， 每一個顆粒都相當于一個微電解池， 由于每個微電解池的陰極和陽極距離很近， 傳質(zhì)非常容易。同時， 由于整個電解槽相當于無數(shù)個微電池串聯(lián)組成， 因此效率成倍提高8。電極反應(yīng)的驅(qū)動力是床內(nèi)各點導(dǎo)電顆粒的電位與電解液的電位之差， 其值越大， 反應(yīng)越快， 不過差值過大容易發(fā)生目的之外的反應(yīng)。 BPBC所具有的獨特性能使其成為廢水處理的一種有效手段。2. 催化電極除了在反應(yīng)器構(gòu)造上進行改進以外催化劑的引入無疑也是提高反應(yīng)器效率的有效途徑。長期以來， 受電極材料的限制， 電催化氧化降解有機物過程的電流效率很低、 電耗很高， 難以實用化。20

15、紀80年代后， 國內(nèi)外許多研究者從研制高電催化活性電極材料入手， 以加快反應(yīng)速度， 提高電流效率。同時對有機物電催化氧化機理和影響降解效率的各種因素也進行了研究， 盡管高電催化活性電極材料能夠改進直接電化學(xué)氧化效率， 但產(chǎn)生的·OH還是有限的， 使得電催化直接氧化處理效果并不十分理想。人們通過間接電化學(xué)氧化法， 產(chǎn)生強氧化劑來氧化廢水中的有機物， 以達到強化有效降解有機物的目的。電催化氧化過程通過陽極反應(yīng)降解有機物，面臨的主要競爭副反應(yīng)就是陽極氧氣的析出。因而催化電極的一個必要條件是要有較高的析氧超電壓。 1968 年， 鈦基涂層電極研制成功。30年來， 鈦基涂層電極已發(fā)展成金屬氧化

16、物電極的主要形式， 這一電極體系被稱為形穩(wěn)陽極 DSA 9。DSA電極的出現(xiàn)， 克服了傳統(tǒng)的石墨電極、 鉑電極、 鉛基合金電極10、 二氧化鉛電極等存在的一些不足， 而且為電催化電極的制備提供了一條新思路，即可根據(jù)具體電極反應(yīng)的要求， 設(shè)計電催化材料的結(jié)構(gòu)、 組成， 通過材料加工、 涂覆工藝， 可以使本身不具備結(jié)構(gòu)支撐功能的材料 （尤其是大量的具有電催化功能的金屬氧化物） 在電極反應(yīng)中獲得應(yīng)用。 30年來圍繞 DSA 電極做了許多工作， 包括制備方法、 電催化氧化機理等， 并已在許多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。七 結(jié)論電化學(xué)法處理印染廢水時設(shè)備小， 占地少， 運行管理簡單， COD 去除率高和脫色效果好，

17、因此電化學(xué)技術(shù)是處理印染廢水的有效方法。影響電解法的因素11主要有 (1)電極材料：由電解的原理可以看出電極材料的好壞，直接影響著有機物降解效率的高低；(2)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)：早期多采用平板二維結(jié)構(gòu)，三維電極的采用，增加了單元槽體積的電極面積，提高了電解效率和處理量；(3)電流密度；(4)電解時間；除此之外，不同的有機污染物所需的最佳條件也是不同的。針對不同的工業(yè)廢水進行實驗，可以得到一個最佳反應(yīng)條件，達到處理效果最好的目的。八 參考文獻1 趙雨云.山西晉城.污水中有機污染物處理方法的探究 J- 新農(nóng)村（黑龍江）2011(7)2 項玉婷.青島. 高COD含油污水處理技術(shù)研究 D-中國石油大學(xué)3 曹

18、志全.大連. 微電解反應(yīng)處理化工廢水的實驗研究-A- 科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2011(35)4 董金華.廣州. 鐵屑微電解法處理印染廢水的原理 A- 廣東化工 2011(38)5 王艷玲.河南安陽. 微電解法處理工業(yè)廢水在漂染工業(yè)上的應(yīng)用 A- 科教導(dǎo)刊-電子版（上旬）2013(3)6 吳丹， 史啟才. 周集體.遼寧大連. 電解法廢水處理技術(shù)的研究進展 J- 遼寧化工 2006,35(8)7 趙崢.河北廊坊. 活性炭在水處理中的應(yīng)用方法研究與進展 J- 建材發(fā)展導(dǎo)向（上）2015 13(12)8 劉永衛(wèi).譚小紅.Liu Yongwei.Tan Xiaohong 微電解法處理焦化廢水的研究進展J-煤化工2010,38(3)9 Y Xiong Performance of three-phase three-dimensional electrode reactor for the reduction ofCOD in simulated wastewater-containing phenol 200310 Chamarro Emarco AUsing of Fenton reagent to improve organic chemicalBiodegradabilityJWa