幾種常用電化學方法治理廢水的反應機理

匯報人：CXY日期：2015.12.17（三）治理廢水的反應機理幾種常用電化學方法電化學方法治理廢水或污水，具有無需添加氧化劑、絮凝劑等化學藥品，設備體積小，占地面積小，操作簡單靈活，排污量小，不僅可以處理無機污染物，也可處理有機污染物，特別是一些無法用生物降解的有毒有機物可用電化學方法處理，用電還原法處理重金屬廢水時還可回收廢水中的金屬等優(yōu)點。但電化學方法存在能耗大、成本高及電解時析氧、析氫或析氯氣不安全的缺點。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，特別是近代大力發(fā)展水力發(fā)電和核電，電能成本降低，為電化學方法在治理廢水方面的應用開辟了很好的前景。

電化學水處理技術是指在外加電場的作用下，在特定的電化學反應器內，通過一定的化學反應、電化學反應過程或物理過程，產生大量的自由基，利用自由基的強氧化性對廢水中的污染物進行降解的過程。電解法處理廢水的實質，就是直接或間接地利用電解作用，把水中污染物去除或把有毒物質變?yōu)闊o毒、低毒物質。用于廢水處理的電化學方法有電解法（氧化或還原）、電氣浮法、電凝聚法和電滲析法等。電化學方法已應用于電鍍廢水、化工廢水、染料廢水、皮革廢水、生化廢水和制藥廢水等廢水治理，以及用于水處理劑的電化學合成。

1、內電解法處理廢水內電解法也稱原電池法或腐蝕電池法，通常是以顆粒炭、煤渣或其它導電惰性物質為陰極，鐵屑為陽極，廢水中導電電解質起導電作用構成原電池。陽極反應為：Fe-2e-

Fe2+

陰極反應為：酸性條件下2H++2e-H2↑

堿性或中性條件下O2+2H2O+4e-4OH-

電解質中反應：Fe2++2H2O=Fe(OH)2+2H+

H++Fe(OH)2+O2Fe(OH)3

Fe2+具有較強的還原作用，可使廢水中的某些氧化性組分還原，同時Fe(OH)2和

Fe(OH)3還具有絮凝和吸附作用。原電池的微電流也有直接氧化還原作用，還能刺激水體中微生物的代謝作用，促進微生物處理廢水。已用此法處理含油廚房廢水、煤氣洗滌廢水和染料廢水等。

該法優(yōu)點是以廢治廢，不消耗能源，能去除多種污染成分降低COD和脫色，還能提高難降解物的可生化性。其缺點是反應速率慢，處理廢水量少，反應柱易堵塞，對高濃度廢水處理比較困難，且反應操作彈性較差。

2、電解絮凝法處理廢水

該法采用可溶性陽極如Fe、Al等金屬板，在外加直流電壓的作用下，金屬陽極氧化溶解，生成金屬離子Fe2+、

Fe3+、Al3+，這些離子與水中OH-作用生成Fe(OH)2、

Fe(OH)3與Al(OH)3氫氧化物沉淀物，最后這些沉淀物吸附、絮凝廢水中的污染物。在廢水中有有機酸時，則能生成鐵、鋁等的有機酸化物，同樣能起絮凝作用。

陽極反應為：Fe-2e-Fe2+

Fe-3e-Fe3+副反應：H2O-2e-O2+2H+

陰極反應為2H++2e-H2↑

溶液中反應：Fe2++2OH-Fe(OH)2Fe3++3OH-Fe(OH)3

2Fe(OH)2+H2O+O22Fe(OH)3

陽極產生原子氧，陰極產生原子氫，還能起氧化還原作用，氣體能起到氣浮作用。用該法直接處理染料廢水及較高濃度印染廢水，脫色率達95%~100%，COD去除率為40%~80%。

該方法具有處理效果好、占地面積小、設備簡單、操作方便等優(yōu)點，但也存在陽極金屬消耗量大、需要大量鹽類作輔助藥劑、能耗大、運行費用較高等缺點。

3、電解氣浮法處理廢水

電解氣浮工藝是一種運用電化學方法去除固態(tài)顆粒、油污的廢水處理單元操作方法，其上浮原理是通過電解水產生氫氣、氧氣和氯氣（有氯離子時）攜帶廢水中的膠體微粒、油污共同上浮，達到分離凈化的目的。與常用的加壓溶氣氣浮法相比，有以下特點：①電解產生的氣泡微小約8~15μm，與廢水中雜質的接觸面積大，氣泡與絮粒的吸附能力強。通過調節(jié)電流、電極材料、pH值和溫度可以改變產氣量及氣泡大小以滿足各種需要。②陽極過程中陽極表面會產生中間產物（如羥基自由基、原生態(tài)氧），它們對有機物有一定的氧化作用。③工藝裝置緊湊，占地面積少。

4、電化學氧化法處理廢水

電氧化法可分為直接氧化法和間接氧化法。直接氧化法是利用陽極的高電勢氧化降解廢水中無機或有機物質；間接氧化法則是利用陽極氧化產物的氧化性，氧化降解廢水中無機或有機物質。

4.1直接氧化法

已用此法氧化降解無機污染物（如含CN-廢水、含NH4+和含硫廢水等），對有機物的氧化降解（如降解燃料、酚、苯醌、喹啉）以及造紙、皮革垃圾填埋場滲濾液等各種廢水。如電鍍工業(yè)廢水中的CN-可用該法處理，尤其是高濃度廢水（含CN-

1g/L）處理成本比直接加氧化劑H2O2、NaClO等更經濟。在堿性條件下CN-的電氧化反應：

CN-

+2OH-CNO-+H2O+2e-?0=—0.94V

2

CNO-+4OH-2CO2↑+N2↑+2H2O

4.2間接氧化法間接氧化法是在陽極反應過程中，先生成具有較強氧化性的化學活性物質，再利用這些物質對難降解物質進行氧化分解，Cl2、ClO-、Ag2+、Co3+和Fe3+等均可作為有機物的氧化中介，其還原電勢越負，氧化中介效果越好。間接氧化已經在苯、苯酚、油和氯化物的氧化過程中得到驗證。

5、電還原法處理廢水

電還原法主要用于重金屬的回收和氯代烴還原脫氯。

5.1重金屬回收

陰極還原法可從廢水中回收重金屬，由于廢水中重金屬離子濃度一般很低，能耗較大，可用旋轉桶電極、金屬網電極、多空三維電極或填充式流化床等方法，增加電極與廢水中金屬離子吸附、網捕作用，提高傳質速度和還原效率。陰極材料可用石墨顆粒、石墨纖維、金屬毛或碳纖維。5.2氯代烴還原脫氯

氯代烴中的氯不僅可以通過陽極氧化法被.OH取代，還可以通過陰極還原法被H+取代，其反應過程如下：

RCl+H++2e-RH+Cl-

氯代烴毒性大，而還原產物烷烴毒性很低，增加了生物可降解性，減少了對環(huán)境污染的危害。

6、電滲析法處理廢水

電滲析技