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(chl)與回用技術(shù) 電化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù) 學(xué)院： 班級： 姓名： 學(xué)號：共二十七頁 目錄(ml)1.電化學(xué)氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用(yngyng)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.工程實例共二十七頁電化學(xué)氧化技術(shù)(jsh)在水處理中的應(yīng)用 近年來國內(nèi)外對電化學(xué)方法研究較多，由于具有比一般的化學(xué)反應(yīng)更強的氧化和還原能力，能使有機物徹底氧化降解等特點，使得電化學(xué)方法在難生物降解有機廢水預(yù)處理方面具有很好的優(yōu)勢，在很大程度上提高廢水的可生化(shn hu)性，降低后續(xù)生物處理負荷。國內(nèi)外已將電化學(xué)法應(yīng)用于染料廢水、含油廢

2、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。共二十七頁1.難生物降解(shn w jin ji)有機廢水處理 工業(yè)部門外排的廢水，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、鹵代苯類化合物、酚類化合物以及木質(zhì)素和其它產(chǎn)生質(zhì)。采用常規(guī)的生物法處理這類廢水，效率很低，甚至是無效的。采用電解氧化過程處理這類廢水，選用不溶性陽極(yngj)，可通過陽極(yngj)反應(yīng)或者陽極(yngj)反應(yīng)產(chǎn)物直接或間接的氧化分解有機污染物，使難生物降解有機物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，提高廢水的可生化性，大大減輕后續(xù)處理負荷。國內(nèi)有選用可溶性鐵或鋁作陽極，在同一電解反應(yīng)器中通

3、過電氧化、電凝聚、電氣浮等協(xié)同作用去除有機污染物的報道。共二十七頁2.含染料(rnlio)廢水處理 染料廢水成分復(fù)雜，含有多種有機染料和中間體，色度 大，毒性強，難降解，pH 值波動大。電化學(xué)法對含染料廢水的色度和COD 去除具有獨特的效果。國內(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多種印染廢水進行(jnxng)處理，取得明顯效果，且在電解過程中實現(xiàn)了電化學(xué)方法對ACF 的再生，使ACF 能多次重復(fù)使用。國外發(fā)明了許多新型的高析氧過電位電極和高析氫過電位電極，采用的高析氧過電位電極Sb/SnO2、Ti/SnO2、Ti/RuO2、Ti/Pt 等；采用多孔石墨固定床電極處理

4、廢水能增大反應(yīng)表面積，提高析氫過電位，用這些新型電極對染料廢水進行(jnxng)處理，COD 去除率和脫色率均很高，并降低了毒性，達到排放要求。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 的費用。共二十七頁3.含油廢水處理 含油廢水包括廚房廢水，煉油廠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，含有動植物油、蛋白質(zhì)、淀粉、糖、纖維素等有機物和難處理的表面活性劑，同時污染

5、源比較(bjio)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水中的懸浮物，色度，COD、氨氮、總磷、色度、濁度和含油量都有很好的去除效果。煉油廠外排污水在經(jīng)過常規(guī)的物理和生物二級處理后，水質(zhì)基本可達到國家廢水二級排放標準，如果回用，二級出水中COD、氨氮、溶解性固體、懸浮物以及細菌群落數(shù)等指標則明顯高于回用水標準。共二十七頁4.垃圾(l j)滲濾液處理 垃圾滲濾液是一種難處理的高濃度有機廢水，毒性強、成分復(fù)雜，COD、氨氮含量高，微生物營養(yǎng)元素比例嚴重失調(diào)，可生化性差。電化學(xué)處理技術(shù)有極強的選擇性，可以將難降解有機物或?qū)ι?shngw)有毒、有抑制的污染物轉(zhuǎn)化為可生

6、化物質(zhì)，從而提高廢水的可生物(shngw)降解性。國內(nèi)外對垃圾滲濾液電解預(yù)處理和深度處理都進行了相關(guān)報道。研究表明，間接氧化在電解氧化中起著重要作用， 高濃度Cl-和電流密度具有很強的協(xié)同作用，可明顯提高對垃圾滲濾液中難降解有機物的處理效果。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，而且對典型的難降解有毒污染物， 如對甲基苯酚，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。共二十七頁5.肉類(ru li)加工廢水處理 肉類加工廢水含大量表面活性劑、動物血液、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。采用電解法處理

7、屠宰場廢水在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下對COD、氨氮、色度和濁度去除率都很高，且操作(cozu)簡便、處理能力大、反應(yīng)時間短、推廣價值大。共二十七頁6.含氮廢水處理 電解脫氮的主要(zhyo)對象是脫去核廢水中的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陽離子交換膜，Pt、Nb 復(fù)合陽極運行1 000 h，NO3-和NO2-幾乎全部轉(zhuǎn)化為N2、NH3或N2O。共二十七頁電化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù)的基本原理電化學(xué)氧化是在電

8、解槽中放入有機物的溶液或懸浮液，通過直流電，在陽極上奪取電子使有機物氧化或是先使低價金屬氧化為高價金屬離子，然后(rnhu)高價金屬離子再使有機物氧化的方法。共二十七頁共二十七頁共二十七頁電化學(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。各種新穎(xnyng)的電極材料、工程塑料和隔膜材料的出現(xiàn)又對有機電氧化的工業(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

9、。共二十七頁間接電解氧化是指在化學(xué)反應(yīng)器中，用可變價金屬的鹽類水溶液將有機反應(yīng)物氧化成目的產(chǎn)物，然后將用過的鹽類水溶液送到電解槽中，在轉(zhuǎn)變成所需要的氧化劑的過程(guchng)。以甲苯氧化制備苯甲醛為例，在化學(xué)反應(yīng)器中用高價鈰或高價錳將甲苯氧化成苯甲醇。然后將用過的低價鈰鹽水溶液送到電解槽中的陽極室氧化成高價鈰，再循環(huán)使用。在間接電解氧化過程中，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。共二十七頁電化學(xué)氧化技術(shù)(jsh)的工藝流程共二十七頁電化學(xué)氧化技術(shù)陰極還原(hun yun)工藝 陰極(ynj)還原工藝是通過在適當(dāng)電極電位下,通過合適陰極的還原作用產(chǎn)生過氧化氫或亞鐵離

10、子,通過外加合適的試劑發(fā)生類芬頓試劑的反應(yīng),從而間接降解有機物。按照陰極還原的產(chǎn)物的不同,大致可分為二類。共二十七頁一類是陰極產(chǎn)生過氧化氫。文獻報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(yngq)成過氧化氫,主要反應(yīng)機理如下 酸性條件下: O2+2H+2e-H2O2 堿性條件下:O2+H2O+2e-HO2-+OH-HO2-+H2OH2O2+OH-共二十七頁在堿性條件(tiojin)下,槽壓更低,因而能降低能耗,提高電流效率。但因為過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,催化過氧化氫產(chǎn)生羥基自由基

11、,形成所謂的“電芬”工藝。其主要反應(yīng)機理如下 酸性條件下:Mred+H2O2+H+Mox+OH+H2O 堿性條件下:Mred+H2O2Mox+OH+OH-共二十七頁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氧化氫產(chǎn)生類芬頓反應(yīng),重新生成鐵離子,而通過電極反應(yīng)又使鐵離子重新還原為亞鐵離子,從而實現(xiàn)了亞鐵離子再生,使溶液中保持較高的亞鐵離子濃度,能持續(xù)推動催化反應(yīng)的進行,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問題是如何處置較多產(chǎn)生的鐵泥。一個改進工藝是亞鐵離子

12、通過犧牲(xshng)鐵陽極產(chǎn)生,既能維持較高的亞鐵離子濃度,通過中和處理后,鐵泥能大大減少。共二十七頁電化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù)的構(gòu)筑物構(gòu)造共二十七頁共二十七頁共二十七頁工程實例實驗研究(ynji)與工業(yè)應(yīng)用狀況 通過陰極還原作用不可能直接產(chǎn)生活性物種、觸發(fā)產(chǎn)生羥基自由基之類的反應(yīng),因此(ync)該工藝直至90年代才引起研究者重視。研究者認為其處理有機物的效果要高于陽極氧化工藝。目前,由于過氧化氫發(fā)生的效率的限制,文獻中多見于實驗研究。共二十七頁 這些陰極產(chǎn)生過氧化氫的電流效率在50%95%,對苯酚、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

13、,氧氣流率等因素都被進行了較為系統(tǒng)地研究(ynji)。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(對標準甘汞電極)之間。過高的陰極電位,其發(fā)生過氧化氫的電流效率往往較低;而過低的陰極電位則可能會使亞鐵離子進一步還原為鐵,不利于亞鐵離子的再生。pH一般在2.83.5間,有機物的降解有一個最佳值。主要原因是在pH小于3時,過氧化氫的產(chǎn)生效率隨pH增大而增加,而當(dāng)pH大于5.5時,一方面過氧化氫的產(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。共二十七頁 降解機理大致與Fenton反應(yīng)相似(xin s),氧化過程大致也經(jīng)歷了陽極氧化工藝中的三階段。動力學(xué)方面,研究不多。Sudoh等人基于陰極還原產(chǎn)生過氧化氫和Fenton反應(yīng)的氧化機理,推導(dǎo)了過氧化氫和苯酚反應(yīng)的動力學(xué)方程,涉及的因素如過氧化氫濃度,亞鐵離子濃度,苯酚濃度和陰極發(fā)生過氧化氫的電流,關(guān)系復(fù)雜,實用性不強。共二十七頁 第二類工藝在實際工業(yè)廢水處理中獲得了應(yīng)用。Huang等人以網(wǎng)狀鈦和廢鐵為陽極,用改進的電芬法處理含多胺類的初始COD為204mgL-1廢水,在電流4A,pH3.8,H2O2600mgL-1下,COD去除率可達86%,而相似條件下,常規(guī)Fenton法的COD去除率僅為35%。此外(cwi),他們還比較了其它典型高級氧化工藝(臭氧化,臭氧過氧化氫,次氯酸鈉氧化等),其C