水的深度處理與回用技術(shù)-電化學(xué)氧化技術(shù)

1、 水的深度處理與回用技術(shù) 電化學(xué)氧化技術(shù) 學(xué)院： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 目錄目錄1.電化學(xué)氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用2.電化學(xué)氧化技術(shù)的基本原理3.電化學(xué)氧化技術(shù)的工藝流程4.電化學(xué)氧化技術(shù)的構(gòu)筑物構(gòu)造5.工程實(shí)例電化學(xué)氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用電化學(xué)氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)電化學(xué)方法研究較多，由于具有比一般的化學(xué)反應(yīng)更強(qiáng)的氧化和還原能力，能使有機(jī)物徹底氧化降解等特點(diǎn)，使得電化學(xué)方法在難生物降解有機(jī)廢水預(yù)處理方面具有很好的優(yōu)勢(shì)，在很大程度上提高廢水的可生化性，降低后續(xù)生物處理負(fù)荷。國(guó)內(nèi)外已將電化學(xué)法應(yīng)用于染料廢水、含油廢水、制藥廢水、制革廢水、造紙黑液等的處理，取得了一定的成效。

2、1. 1.難生物降解有機(jī)廢水處理難生物降解有機(jī)廢水處理 工業(yè)部門(mén)外排的廢水，如印染廢水、農(nóng)藥廢水、醫(yī)藥廢水、草漿造紙黑液等，大多含有多氯聯(lián)苯、稠環(huán)芳烴、鹵代苯類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物以及木質(zhì)素和其它產(chǎn)生質(zhì)。采用常規(guī)的生物法處理這類(lèi)廢水，效率很低，甚至是無(wú)效的。采用電解氧化過(guò)程處理這類(lèi)廢水，選用不溶性陽(yáng)極，可通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)或者陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物直接或間接的氧化分解有機(jī)污染物，使難生物降解有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，提高廢水的可生化性，大大減輕后續(xù)處理負(fù)荷。國(guó)內(nèi)有選用可溶性鐵或鋁作陽(yáng)極，在同一電解反應(yīng)器中通過(guò)電氧化、電凝聚、電氣浮等協(xié)同作用去除有機(jī)污染物的報(bào)道。2.2.含染料廢水處理含染料廢水處理 染料廢水成分

3、復(fù)雜，含有多種有機(jī)染料和中間體，色度 大，毒性強(qiáng)，難降解，pH 值波動(dòng)大。電化學(xué)法對(duì)含染料廢水的色度和COD 去除具有獨(dú)特的效果。國(guó)內(nèi)相繼采用活性炭纖維（ACF）-鐵復(fù)合電極、復(fù)極性固定床電極等對(duì)多種印染廢水進(jìn)行處理，取得明顯效果，且在電解過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)方法對(duì)ACF 的再生，使ACF 能多次重復(fù)使用。國(guó)外發(fā)明了許多新型的高析氧過(guò)電位電極和高析氫過(guò)電位電極，采用的高析氧過(guò)電位電極Sb/SnO2、Ti/SnO2、Ti/RuO2、Ti/Pt 等；采用多孔石墨固定床電極處理廢水能增大反應(yīng)表面積，提高析氫過(guò)電位，用這些新型電極對(duì)染料廢水進(jìn)行處理，COD 去除率和脫色率均很高，并降低了毒性，達(dá)到排放要

4、求。另外，采用混凝電化學(xué)氧化活性污泥法處理印染廢水，比傳統(tǒng)工藝可節(jié)省1/4 的費(fèi)用。3.3.含油廢水處理含油廢水處理 含油廢水包括廚房廢水，煉油廠(chǎng)外排污水和海洋油田廢水等。采用電絮凝和電氣浮法處理含油廢水，一般去油量可達(dá)9395，含油量在150 mg/L 以下的廢水，經(jīng)處理后，含油量?？山档?0以下9?，F(xiàn)在大多采用由石墨顆粒組成的三位復(fù)極性固定床電極改善其處理效果。廚房廢水成分非常復(fù)雜，含有動(dòng)植物油、蛋白質(zhì)、淀粉、糖、纖維素等有機(jī)物和難處理的表面活性劑，同時(shí)污染源比較分散，各污染源排水量不大，水質(zhì)變化較大。如果用電凝聚和電氣浮的作用對(duì)水中的懸浮物，色度，COD、氨氮、總磷、色度、濁度和含油量都

5、有很好的去除效果。煉油廠(chǎng)外排污水在經(jīng)過(guò)常規(guī)的物理和生物二級(jí)處理后，水質(zhì)基本可達(dá)到國(guó)家廢水二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，如果回用，二級(jí)出水中COD、氨氮、溶解性固體、懸浮物以及細(xì)菌群落數(shù)等指標(biāo)則明顯高于回用水標(biāo)準(zhǔn)。4.4.垃圾滲濾液處理垃圾滲濾液處理 垃圾滲濾液是一種難處理的高濃度有機(jī)廢水，毒性強(qiáng)、成分復(fù)雜，COD、氨氮含量高，微生物營(yíng)養(yǎng)元素比例嚴(yán)重失調(diào)，可生化性差。電化學(xué)處理技術(shù)有極強(qiáng)的選擇性，可以將難降解有機(jī)物或?qū)ι镉卸?、有抑制的污染物轉(zhuǎn)化為可生化物質(zhì)，從而提高廢水的可生物降解性。國(guó)內(nèi)外對(duì)垃圾滲濾液電解預(yù)處理和深度處理都進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道。研究表明，間接氧化在電解氧化中起著重要作用， 高濃度Cl-和電流密度具

6、有很強(qiáng)的協(xié)同作用，可明顯提高對(duì)垃圾滲濾液中難降解有機(jī)物的處理效果。電化學(xué)法不僅可有效地去除垃圾滲濾液的色度、COD 和氨氮，而且對(duì)典型的難降解有毒污染物， 如對(duì)甲基苯酚，2，5二叔丁基苯酚，蒽和萘等有良好的降解作用，出水的可生化性明顯改善，利于后續(xù)的生化處理。5.5.肉類(lèi)加工廢水處理肉類(lèi)加工廢水處理 肉類(lèi)加工廢水含大量表面活性劑、動(dòng)物血液、油脂和蛋白質(zhì)等，具有懸浮物濃度高、色度大、難降解、易發(fā)臭等特點(diǎn)。采用電解法處理屠宰場(chǎng)廢水在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下對(duì)COD、氨氮、色度和濁度去除率都很高，且操作簡(jiǎn)便、處理能力大、反應(yīng)時(shí)間短、推廣價(jià)值大。6.6.含氮廢水處理含氮廢水處理 電解脫氮的主要對(duì)象是脫去核廢水

7、中的NO3-。Genders 等研究NO3-和NO2-的電化學(xué)還原反應(yīng)，根據(jù)還原反應(yīng)的電流效率判斷， 鉛是最佳的陰極材料，隔膜電解槽在高電流密度（3060 A/dm2）和高溫下（80 ）還原效率更高。使用鉛陰極，Nafion417陽(yáng)離子交換膜，Pt、Nb 復(fù)合陽(yáng)極運(yùn)行1 000 h，NO3-和NO2-幾乎全部轉(zhuǎn)化為N2、NH3或N2O。電化學(xué)氧化技術(shù)的基本原理電化學(xué)氧化技術(shù)的基本原理電化學(xué)氧化是在電解槽中放入有機(jī)物的溶液或懸浮液，通過(guò)直流電，在陽(yáng)極上奪取電子使有機(jī)物氧化或是先使低價(jià)金屬氧化為高價(jià)金屬離子，然后高價(jià)金屬離子再使有機(jī)物氧化的方法。電化學(xué)氧化法主要分為直接氧化法和間接氧化法兩種。直接

8、電解氧化電化學(xué)氧化不使用化學(xué)氧化劑可以最大限度地減少三廢污染。電化學(xué)氧化的耗電費(fèi)用和化學(xué)氧化相比常常是較低的。另外電化學(xué)氧化還具有選擇性好、產(chǎn)率高、產(chǎn)品純度高、副產(chǎn)物少、溫室和常壓操作等優(yōu)點(diǎn)。各種新穎的電極材料、工程塑料和隔膜材料的出現(xiàn)又對(duì)有機(jī)電氧化的工業(yè)化提供了條件。例如苯和苯酚的氧化制取苯醌、菲氧化制取菲醌、甲苯和鄰甲苯的氧化制取相應(yīng)的醛等。間接電解氧化是指在化學(xué)反應(yīng)器中，用可變價(jià)金屬的鹽類(lèi)水溶液將有機(jī)反應(yīng)物氧化成目的產(chǎn)物，然后將用過(guò)的鹽類(lèi)水溶液送到電解槽中，在轉(zhuǎn)變成所需要的氧化劑的過(guò)程。以甲苯氧化制備苯甲醛為例，在化學(xué)反應(yīng)器中用高價(jià)鈰或高價(jià)錳將甲苯氧化成苯甲醇。然后將用過(guò)的低價(jià)鈰鹽水溶液

9、送到電解槽中的陽(yáng)極室氧化成高價(jià)鈰，再循環(huán)使用。在間接電解氧化過(guò)程中，為了使化學(xué)反應(yīng)物只被氧化到一定的程度，必須選擇合適的氧化離子對(duì)。電化學(xué)氧化技術(shù)的工藝流程電化學(xué)氧化技術(shù)的工藝流程電化學(xué)氧化技術(shù)陰極還原工藝電化學(xué)氧化技術(shù)陰極還原工藝 陰極還原工藝是通過(guò)在適當(dāng)電極電位下,通過(guò)合適陰極的還原作用產(chǎn)生過(guò)氧化氫或亞鐵離子,通過(guò)外加合適的試劑發(fā)生類(lèi)芬頓試劑的反應(yīng),從而間接降解有機(jī)物。按照陰極還原的產(chǎn)物的不同,大致可分為二類(lèi)。一類(lèi)是陰極產(chǎn)生過(guò)氧化氫。文獻(xiàn)報(bào)道較好的陰極材料為石墨、網(wǎng)狀多孔碳電極,碳-聚四氟乙烯陰極充氧陰極,在合適的電位下,還原氧氣成過(guò)氧化氫,主要反應(yīng)機(jī)理如下 酸性條件下: O2+2H+2e

10、-H2O2 堿性條件下:O2+H2O+2e-HO2-+OH-HO2-+H2OH2O2+OH-在堿性條件下,槽壓更低,因而能降低能耗,提高電流效率。但因?yàn)檫^(guò)氧化氫的氧化電位不是很高,氧化能力受到限制。許多研究者考慮加入亞鐵離子等金屬催化劑,催化過(guò)氧化氫產(chǎn)生羥基自由基,形成所謂的“電芬”工藝。其主要反應(yīng)機(jī)理如下 酸性條件下:Mred+H2O2+H+Mox+OH+H2O 堿性條件下:Mred+H2O2Mox+OH+OH-二是陰極電解還原鐵離子產(chǎn)生亞鐵離子。亞鐵離子與投加的過(guò)氧化氫產(chǎn)生類(lèi)芬頓反應(yīng),重新生成鐵離子,而通過(guò)電極反應(yīng)又使鐵離子重新還原為亞鐵離子,從而實(shí)現(xiàn)了亞鐵離子再生,使溶液中保持較高的亞鐵

11、離子濃度,能持續(xù)推動(dòng)催化反應(yīng)的進(jìn)行,另外新生的亞鐵離子明顯活性更高。該法常在低pH(1)下電解還原鐵離子,因此酸的用量很大,并且隨著電解還原過(guò)程亞鐵離子濃度的提高,電流效率急劇下降。該工藝尚需解決的一個(gè)問(wèn)題是如何處置較多產(chǎn)生的鐵泥。一個(gè)改進(jìn)工藝是亞鐵離子通過(guò)犧牲鐵陽(yáng)極產(chǎn)生,既能維持較高的亞鐵離子濃度,通過(guò)中和處理后,鐵泥能大大減少。電化學(xué)氧化技術(shù)的構(gòu)筑物構(gòu)造電化學(xué)氧化技術(shù)的構(gòu)筑物構(gòu)造工程實(shí)例工程實(shí)例實(shí)驗(yàn)研究與工業(yè)應(yīng)用狀況實(shí)驗(yàn)研究與工業(yè)應(yīng)用狀況 通過(guò)陰極還原作用不可能直接產(chǎn)生活性物種、觸發(fā)產(chǎn)生羥基自由基之類(lèi)的反應(yīng),因此該工藝直至90年代才引起研究者重視。研究者認(rèn)為其處理有機(jī)物的效果要高于陽(yáng)極氧化

12、工藝。目前,由于過(guò)氧化氫發(fā)生的效率的限制,文獻(xiàn)中多見(jiàn)于實(shí)驗(yàn)研究。 這些陰極產(chǎn)生過(guò)氧化氫的電流效率在50%95%,對(duì)苯酚、苯胺、氯苯、氯酚等污染物都能徹底去除,染料脫色也很明顯。陰極電位,pH,亞鐵離子濃度,溫度,氧氣流率等因素都被進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究。而陰極電位和pH是最重要的因素。陰極電位一般保持在-0.6-0.7(對(duì)標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極)之間。過(guò)高的陰極電位,其發(fā)生過(guò)氧化氫的電流效率往往較低;而過(guò)低的陰極電位則可能會(huì)使亞鐵離子進(jìn)一步還原為鐵,不利于亞鐵離子的再生。pH一般在2.83.5間,有機(jī)物的降解有一個(gè)最佳值。主要原因是在pH小于3時(shí),過(guò)氧化氫的產(chǎn)生效率隨pH增大而增加,而當(dāng)pH大于5.5時(shí),一方面過(guò)氧化氫的產(chǎn)生電流效率下降,另一方面因易形成氫氧化鐵沉淀,而使處理效果下降。 降解機(jī)理大致與Fenton反應(yīng)相似,氧化過(guò)程大致也經(jīng)歷了陽(yáng)極氧化工藝中的三階段。動(dòng)力學(xué)方面,研究不多。Sudoh等人基于陰極還原產(chǎn)生過(guò)氧化氫和Fenton反應(yīng)的氧化機(jī)理,推導(dǎo)了過(guò)氧化氫和苯酚反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程,涉及的因素如過(guò)氧化氫濃度,亞鐵離子濃度,苯酚濃度和陰極發(fā)生過(guò)氧化氫的電流,關(guān)系復(fù)雜,實(shí)用性不強(qiáng)。 第二類(lèi)工藝在實(shí)際工業(yè)廢水處理中獲得了應(yīng)用。Huang等人以網(wǎng)