電化學(xué)水處理技術(shù)課件講義

電化學(xué)水處理技術(shù)ElectrochemicalwatertreatmenttechnologyReporter:Group5電化學(xué)水處理技術(shù)Electroch1組員及分工水處理文獻(xiàn)講解：

《電化學(xué)-生物接觸氧化組合技術(shù)處理除草劑廢水效能研究》基礎(chǔ)知識：電化學(xué)水處理技術(shù)概述組員及分工水處理文獻(xiàn)講解：

《電化學(xué)-生物接觸氧化組合技術(shù)處2引言廢水處理Wastewatertreatment引言廢水處理Wastewatertreatment3

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?什么是電化學(xué)?什么是電化學(xué)水處理技術(shù)?電化學(xué)水處理技術(shù)的實際應(yīng)用?電化學(xué)水處理技術(shù)的最新進(jìn)展?

今天我們共同探討這個話題…

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?什么是電化學(xué)?

?4緒論電化學(xué)是研究化學(xué)能和電能之間相互轉(zhuǎn)化的一門學(xué)科，是物理化學(xué)的一個重要分支電化學(xué)工程是國民經(jīng)濟種一大支柱行業(yè)（氯堿、電鍍……）電化學(xué)與環(huán)境科學(xué)相結(jié)合，形成了環(huán)境電化學(xué)或環(huán)境電化學(xué)工程的研究領(lǐng)域在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境污染物治理、清潔生產(chǎn)、清潔能源等方面的應(yīng)用研究快速發(fā)展作為難降解有機物處理方面的高級氧化技術(shù)近年來成為研究熱點緒論電化學(xué)是研究化學(xué)能和電能之間相互轉(zhuǎn)化的一門學(xué)科，是物理化5發(fā)展歷史1799年Valta的Cu-Zn原電池是世界上第一個將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源1833年建立電流和化學(xué)反應(yīng)關(guān)系的法拉第定律19世紀(jì)70年代Helmholtz提出雙電層概念1887年Arrhenius提出電離學(xué)說1889年Nernst提出電極電位與電極反應(yīng)組分濃度關(guān)系的能斯特方程1905年提出Tafel公式，揭示電流密度和氫過電位之間的關(guān)系20世紀(jì)50年代Bochris等發(fā)展的電極過程動力學(xué)近幾十年半導(dǎo)體電極過程特性研究和量子理論解釋溶液界面電子轉(zhuǎn)移等研究發(fā)展歷史1799年Valta的Cu-Zn原電池是世界上第一個6BasicconceptionofelectrochemistryBasicconceptionofelectroche7一、電化學(xué)基本概念研究對象電化學(xué)用途兩類導(dǎo)體正極、負(fù)極陰極、陽極原電池電解池一、電化學(xué)基本概念研究對象電化學(xué)用途兩類導(dǎo)體正極、負(fù)極陰極、8

1、電化學(xué)研究對象電化學(xué)主要是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)規(guī)律的科學(xué)。電能

化學(xué)能電解電池一、電化學(xué)基本概念1、電化學(xué)研究對象電化學(xué)主要是研究電92、電化學(xué)的用途⒈電解精煉和冶煉有色金屬和稀有金屬； 電解法制備化工原料； 電鍍法保護和美化金屬； 還有氧化著色等。⒉電池汽車、宇宙飛船、照明、通訊、生化和醫(yī)學(xué)等方面都要用不同類型的化學(xué)電源。⒊電分析 ⒋生物電化學(xué)一、電化學(xué)基本概念2、電化學(xué)的用途⒈電解精煉和冶煉有色金屬和稀有金屬；⒉電池103、兩類導(dǎo)體A.自由電子作定向移動而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本身不發(fā)生變化C.溫度升高，電阻也升高D.導(dǎo)電總量全部由電子承擔(dān)又稱電子導(dǎo)體，如金屬、石墨等。第一類導(dǎo)體一、電化學(xué)基本概念A(yù).正、負(fù)離子作反向移動而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生C.溫度升高，電阻下降D.導(dǎo)電總量分別由正、負(fù)離子分擔(dān)第二類導(dǎo)體又稱離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液、熔融電解質(zhì)等。3、兩類導(dǎo)體A.自由電子作定向移動而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本114、電極一、電化學(xué)基本概念4、電極一、電化學(xué)基本概念12陰極、陽極：按照電荷的流動方向分電極一、電化學(xué)基本概念陰極、陽極：按照電荷的流動方向分電極一、電化學(xué)基本概念13按照電化學(xué)體系中的作用分電極工作電極(workingelectrode）輔助電極（counterelectrode)參比電極（referenceelectrode)一、電化學(xué)基本概念按照電化學(xué)體系中的作用分電極工作電極(working14工作電極研究的電極反應(yīng)在該電極上發(fā)生工作電極的基本要求：電極與溶劑和電解質(zhì)組分不發(fā)生化學(xué)或物理反應(yīng)研究的電化學(xué)反應(yīng)不受電極變化的影響電極表面均勻、平滑、容易進(jìn)行表面凈化電極面積不宜太大

電極種類

石墨、玻碳、鉑、鎳、鉛基合金、鈦基涂層（RuO2、IrO2)電極電極一、電化學(xué)基本概念工作電極研究的電極反應(yīng)在該電極上發(fā)生電極一、電化學(xué)基本概15輔助電極與工作電極組成回路，使工作電極電流通暢，保證電極反應(yīng)進(jìn)行輔助電極基本要求：

不影響工作電極上的電極反應(yīng)；要求有較大的表面積，使工作電極上具有較大的電流密度；輔助電極本身電阻小電極一、電化學(xué)基本概念輔助電極與工作電極組成回路，使工作電極電流通暢，保證電極反應(yīng)16參比電極已知電極電位、接近理論不極化的電極，用于測定工作電極的電極電位參比電極的基本要求：

可逆電極，電極電位符合能斯特方程；具有較大的交換電流密度；電極電位穩(wěn)定、重現(xiàn)；甘汞電極、標(biāo)準(zhǔn)氫電極等電極一、電化學(xué)基本概念參比電極已知電極電位、接近理論不極化的電極，用于測定工作電極175、離子遷移方向離子遷移方向：陰離子遷向陽極陽離子遷向陰極一、電化學(xué)基本概念5、離子遷移方向離子遷移方向：陰離子遷向陽極陽離子遷向陰極一186、原電池與電解池原電池

(galvaniccell)一、電化學(xué)基本概念6、原電池與電解池原電池

(galvaniccell)一、196、原電池與電解池電解池(electrolyticcell)一、電化學(xué)基本概念6、原電池與電解池電解池(electrolyticcell20二、電化學(xué)水處理技術(shù)電化學(xué)水處理技術(shù)是指在外加電場的作用下，在特定的電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，通過一定的化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)過程或物理過程，對廢水中的污染物進(jìn)行降解的過程。1、定義二、電化學(xué)水處理技術(shù)電化學(xué)水處理技術(shù)是指在外加電場的作用下，21二、電化學(xué)水處理技術(shù)2、基本原理原理直接電解間接電解陽極過程：有機物氧化陰極過程：鹵代烴、重金屬可逆過程：金屬氧化物高低價態(tài)轉(zhuǎn)化不可逆過程：產(chǎn)生的強氧化性物質(zhì)或自由基二、電化學(xué)水處理技術(shù)2、基本原理原理直接電解間接電解陽極過程22

1、

環(huán)境兼容性高電化學(xué)技術(shù)中使用清潔、有效的電子作為強氧化還原試劑,

是一種基本對環(huán)境無污染的“綠色”生產(chǎn)技術(shù)。2、多功能性電化學(xué)過程具有直接或間接氧化與還原、相分離、濃縮與稀釋、生物殺傷等功能，能處理到1

×10-6L的氣、液體和固體污染物。3、能量高利用率與其他一些過程相比,

電化學(xué)過程可在較低溫度下進(jìn)行。它不受卡諾循環(huán)的限制，能量利用率高。通過控制電位、合理設(shè)計電極與電解池，減小能量損失。4、經(jīng)濟實用設(shè)備、操作簡單,

費用低。二、電化學(xué)水處理技術(shù)3、電化學(xué)技術(shù)的優(yōu)點

1、

環(huán)境兼容性高電化學(xué)技術(shù)中使用清潔、有效的電子作為23電化學(xué)氧化電化學(xué)還原電吸附電凝聚電滲析4、主要技術(shù)二、電化學(xué)水處理技術(shù)電化學(xué)氧化4、主要技術(shù)二、電化學(xué)水處理技術(shù)24直接氧化

使有機物或還原性無機物氧化為無害物質(zhì)，對于難降解有毒有機物轉(zhuǎn)化有意義間接氧化陽極反應(yīng)產(chǎn)生有強氧化作用的中間產(chǎn)物，使污染物被氧化為無害物質(zhì)利用不溶性陽極的直接電解氧化作用，或陽極反應(yīng)產(chǎn)物（Cl2、ClO－、O2）間接的氧化作用，降解消除水中的氰、酚以及COD、S2－等污染物。4.1電化學(xué)氧化（陽極過程）二、電化學(xué)水處理技術(shù)直接氧化利用不溶性陽極的直接電解氧化作用，或陽極反應(yīng)產(chǎn)物（C25利用不銹鋼陰極或Ti基鍍Pt電極的授予電子能力，相當(dāng)于還原劑使用Cr6＋、Hg2＋等重金屬離子直接得到電子還原沉積出來。4.2電化學(xué)還原（陰極過程）溶解性金屬離子的回收和重金屬污染物的去除

金屬離子的電沉積高氧化態(tài)離子還原為低氧化態(tài)（六價鉻變?yōu)槿齼r鉻）

含氯有機物還原脫氯，轉(zhuǎn)化為低毒或無毒物質(zhì)，提高生物可降解性

R-Cl+H+eR-H+Cl二、電化學(xué)水處理技術(shù)利用不銹鋼陰極或Ti基鍍Pt電極的授予電子能力，相當(dāng)于還原劑264.3

電吸附采用大比表面積的吸附性電極分離水中低濃度的有機物

如將β-萘酚吸附到玻璃纖維球填充床電極上二、電化學(xué)水處理技術(shù)4.3電吸附采用大比表面積的吸附性電極二、電化學(xué)水處理技術(shù)27電氣浮通過電解水產(chǎn)生的氫、氧氣體，攜帶廢水中的膠體微粒，共同上浮，從而達(dá)到分離、凈化的目的。二、電化學(xué)水處理技術(shù)4.4電凝聚和電浮選電氣浮二、電化學(xué)水處理技術(shù)4.4電凝聚和電浮選28從水相中分離懸浮物、膠體顆粒、油狀物等化學(xué)法：加入浮選劑或絮凝劑氣體浮選：通高壓氣體，顆粒物上浮電化學(xué)方法：電化學(xué)產(chǎn)生氣泡，達(dá)到浮選目的電化學(xué)產(chǎn)生絮凝劑（氫氧化鐵、氫氧化鋁等）4.4電凝聚和電浮選二、電化學(xué)水處理技術(shù)從水相中分離懸浮物、膠體顆粒、油狀物等4.4電凝聚和電浮選二29在外加直流電場的作用下，利用陰陽離子交換膜對水中離子選擇透過性，陽離子透過陽膜遷移到陰極液中，陰離子透過陰膜遷移到陽極液中，從而達(dá)到濃縮、純化和分離的目的。

在電場作用下，離子選擇性通過膜，從一個溶液進(jìn)入另一種溶液，實現(xiàn)離子化污染物的分離、濃縮。4.5電滲析二、電化學(xué)水處理技術(shù)4.5電滲析二、電化學(xué)水處理技術(shù)30二、電化學(xué)水處理技術(shù)4.5電滲析二、電化學(xué)水處理技術(shù)4.5電滲析311.有機廢水的電化學(xué)處理有機物電化學(xué)氧化的優(yōu)點

常溫常壓條件不（少）引入其它化學(xué)物質(zhì)有機物電化學(xué)氧化的類型有機物完全氧化分解為二氧化碳和水（電化學(xué)燃燒）——需要大量電子、能耗高將難降解有機物轉(zhuǎn)化為可生物降解物質(zhì)，然后用生化法處理（電化學(xué)轉(zhuǎn)化）

三、實際應(yīng)用1.有機廢水的電化學(xué)處理有機物電化學(xué)氧化的優(yōu)點三、實際應(yīng)用32有機物電化學(xué)氧化的原理三、實際應(yīng)用有機物電化學(xué)氧化的原理三、實際應(yīng)用331.1持久性有機污染物電化學(xué)氧化技術(shù)借助具有電催化活性的陽極材料，能形成氧化能力極強的羥基自由基(-OH)，既能使持久性有機污染物發(fā)生分解并轉(zhuǎn)化為無毒可生化降解物質(zhì)，又可將之完全礦化為二氧化碳或碳酸鹽等物質(zhì)。該項技術(shù)應(yīng)用于持久性有機污染物廢水處理，不僅可彌補其他常規(guī)處理工藝的不足，還可與多種處理工藝有機結(jié)合，提高水處理的經(jīng)濟性。電化學(xué)氧化過程中，具有電活性的陽極表面能起到吸附、催化、氧化等多種轉(zhuǎn)化功能。低濃度的持久性有機污染物廢水電導(dǎo)率很低，為了增強溶液導(dǎo)電性需要加入強電解質(zhì)(如氯化鈉、硫酸鈉)。三、實際應(yīng)用1.1持久性有機污染物電化學(xué)氧化技術(shù)借助具有電催化活性的341.2酚類三、實際應(yīng)用目前，國內(nèi)外對于含酚廢水的研究較多，此類廢水來源廣、污染重，是芳香化合物的代表。電化學(xué)氧化含酚廢水的影響因素有苯酚初始濃度、廢水pH值、電流密度、支持電解質(zhì)種類等。周明華等[4]以經(jīng)氟樹脂改性的β-PbO2為陽極，處理含酚模擬廢水，在電壓為7.0V，pH值為2.0的條件下，其COD可降至60mg/L以下，揮發(fā)酚可完全去除。匡少平等在隔離陰、陽極室條件下進(jìn)行了電化學(xué)法降解含酚廢水試驗，苯酚的轉(zhuǎn)化率達(dá)95%以上；同時，分別對鉛電極和鈦上電沉積二氧化鉛的電極作為陽極進(jìn)行了對比試驗，發(fā)現(xiàn)Ti/PbO2電極對苯酚的降解更加徹底。1.2酚類三、實際應(yīng)用目前，國內(nèi)外對于含酚廢水的研究較多351.3硝基苯類化合物三、實際應(yīng)用硝基苯類化合物屬于生物難降解物質(zhì)，用電化學(xué)催化系統(tǒng)處理此類廢水具有一定的意義。以DSA類電極作為陽極，對模擬硝基苯廢水進(jìn)行的降解試驗表明，當(dāng)電流密度為15mA/cm2時，CODCr的去除率可達(dá)到90%以上。謝光炎等以自制PbO2為陽極，在堿性條件(pH=10)下電解134min，硝基苯酚溶液的質(zhì)量濃度從200mg/L降至1mg/L以下，BOD/COD值達(dá)到0.63，表明該工藝對后續(xù)生化處理有重要的實用價值。1.3硝基苯類化合物三、實際應(yīng)用硝基苯類化合物屬于生物難降362重金屬三、實際應(yīng)用與傳統(tǒng)的二維電極相比，電沉積法的三維電極能夠增加電解槽的面體比，且因粒子間距小而增大了