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1、电化学废水处理技术的研究随着世界各国工业的迅猛发展,废水的排放量急剧増加，尤其是化学、农药、染料、医药、食品等行 业排放的废水，其浓度高、色度大、毒性强，含有大最生物难降解的成分，给全球带來了严匝的水体污染。常用的废水处理技术主要有物理法、化学法、生物法,其中,物理法、化学法容易引起二次污染；生 物法以其经济性和较高的处理效率成为目前使用广泛的、能使污染物最终无机化、矿物化的方法，但它只 能冇效地处理生物相容的冇机物。当废水中含冇难降解冇机物或生物毒性污染物时（如许多芳否烧及其衍 生物），直接利用生物法处理该种废水就暴露出其局限性，1、当COD过高或毒性较人时，细蘭就会无法生 存或者急剧死去，
2、2、细菌的生存环境是15-30C,当温度不在该范用内时，细菌无法存活，或者需要花费 大的资金保证其所需温室环境。近年来，-种高级氧化技术，即利川光、声、电、磁或无毒试剂催化氧化技术处理有机废水，尤其是 那些难于生化降解、对人类健康危害极大的“三致”（致癌、致畸、致突变）右机污染物，已成为当前世 界水处理相当活跃的领域。电化学水处理技术是高级氧化技术的一种，因其具冇其他水处理技术无法比拟 的优点，近年來已受到国内外的广泛关注，并快速应用到各领域。电化学水处理技术的优点（1）电化学水处理技术是指在外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一系列设讣的化学反应、 电化学过程或物理过程，产生大量的
3、H由基，进而利用H由基的强氧化性对废水中的污染物进行降解的技 术过程，是高级氧化技术的一种。作为一种请洁的处理工艺，电化学技术与英他水处理技术相比，具有无 法比拟的优点：（2）貝有多功能性。电化学技术除可用电化学氧化还原反应使毒物降解、转化外，还可用丁悬浮物或胶体 体系的相分离（如电浮选分离）等。电化学技术的这种多功能性使电化学技术具有广泛的选择性，在废水、 废气、有毒物处理等多方面发挥作用。（3）具有高度的灵活性。电化学技术兼具气浮、絮凝、杀菌等多功能，必要时，阴极、阳极可同时发挥作 用。它既町以作单独处理工艺使用，也町以与其他处理工艺相结合，如作为前处理，可将难降解的有机物 或生物谨性污染
4、物转化为可生物降解物质，从而捉高废水的可生物降解性。（4）无污染或少污染性。电化学过程中产生的无选择地直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二 氧化碳、水和简单的冇机物，没冇或很少产生二次污染。电子是电化学反应的主要反应物，而且电子转移 只在电极与废物组分Z间进行，不需添加任何氧化剂、还原剂，避免了由于添加化学药剂而引起的二次污 染，而且还可通过控制电位，使电极反应具有高度的选择性，防止副反应发生。（5）易于控制性。电化学过程一般在常温常压卜-进行，其化学过程的主要运行参数是电流和电位，易于控 制和测定。因此，整个过程的可控程度乃至自动控制水平都较高，易于实现自动控制。（6）经济性。电化学系
5、统设备相对简单，设计合理的系统，其能量效率也比较高，因此，操作与维护费用 低。同时，作为一种清洁的处理工艺，其设备占地面积小，特别适川于人口拥挤城市的污水处理。高频脉冲在电化学处理废水中的应用1。电凝聚法处理废水存在的问题在外加电压的作川下，利川可溶性的阳极，产生大量的阳离子（如F/、A1：等），对废水进行凝聚 沉淀，这种方法称为电凝聚。电凝聚往往伴随着气浮，在阴极有氢气被还原，故也有称为电凝聚浮上法 的。电极反应如下：阳极：l；e 2e -* Fe或 Al 3e -* Al阴极：2H + 2c -* H2 t 或 O + nc -* Re铁离子或铝离子与氮氧根结合起到凝聚作川。同时，在阴极发
6、生还原反应，逸出的氮气形成极小的气 泡，将废水中的凝聚物浮上电解槽的液体表面。电凝聚作为废水处理的一种有效手段，很早就得到了应川，但由于其在实际应用中单位电耗和铁耗过 大，使电凝聚法的发展及应用受到了限制。另外，电凝聚过程中，电解-段时间后，阳极极板会发生钝化现象。饨化时电极农面附着一层氧化物 保护膜。检测电极电位可发现，电极电位偏离正常电化学反应电极电位而变正电位。表现为阳极溶出停止, 电解槽只有氧化、还原和浮上作用，电凝聚作用消失，液面浮着大量的泡沫。这样就使电流效率降低， 从而延缓电解进程。2o高频脉冲的工作原理及优点将电解槽与脉冲电源相连接构成电解体系，其进行的电解过程就是脉冲电解。电
7、流从接通到断开的时 间几为脉冲持续时间，也叫脉冲宽度，即电解的工作时间。电流从断开到接通的时间几丫为电解间歇时 间或叫脉冲间歇。输出脉冲可以是等间隔脉冲、疏密脉冲或脉动脉冲。脉冲电流的波形冇方波、正弦半波、锯齿波、隔 锯齿波等多种形式。典型的电脉冲波形如图1所示。脉冲具有3个独立的参数，即脉冲电压（或电流） 幅值、脉冲宽度 久n和脉冲间歇Tffo为了达到较好的去污和节能效果，可对这3个参数进行调整。脉冲周期为脉冲宽度和脉冲间歇Z和，脉冲频率则是脉冲周期的倒数。设占空比为厂，则？为导通时 间（脉冲宽度）与脉冲周期之比:尸 九/ （九+缶），通过改变占空比/的值，就可得到不同的节能效 果。高频脉冲
8、即不断地重复进行“供电一断电一供电”的高频率脉冲电解过程，使电解效率得到大幅度地捉高。脉冲电解，通电时 间小于电解处理总反应时间，铁的溶解量将少于直流电解时的溶解量。因此，脉冲电解与吉流电解相比， 节电的同时也人幅度降低铁耗。由于施加脉冲佶号，电极上的反应时断时续，有利于扩散、降低浓差极化, 从而降低电耗。 1电脉冲方波波形电解槽内的电流是离子在电场作川下流动而形成的。右供电时间内，离子浓度会迅速降低；而在断电 间隙时间内，离子浓度又会得到迅速恢复和补充。所以在脉冲供电方式下电流密度要比直流供电下的电流 密度有所提高，这就使电解去污效果増强。周期换向脉冲是在正向脉冲（阴极脉冲）后紧跟一个反向脉
9、冲（阳极脉冲）。在电解过程小，如果施 加周期换向的脉冲信号，既具备脉冲电解的特点，乂由于两极均可溶，更冇利于金属离子与胶体间的絮凝 作用。同时两极极性的经常变化，对防止电极钝化也起到积极作用。这就是周期换向的脉冲电解新概念， 在电镀领域已有应川，但在废水治理领域尚未见报道。3。国内外研究进展3.1国内研究情况国内对高频脉冲处理废水的研究还比较少，处于刚刚起步探索阶段，可以从理论研究和实际应用两个 方面來阐述。3. 1. 1理论研究詹伯君对脉冲电解处理废水作了较为全面的研究。在结合分析脉冲电解废水处理电参数基础上，认 为方波波形的脉冲电解电源应用于废水处理设备，节能效果明显、应用而广，可在适当场
10、合推广。在结合 植绒印花废水脉冲电解处理的基础上，分析了运行中出现的问题和解决办法。他认为在脉冲电压下激发出 来的Fe?具有极强的凝聚活性，极易与染料显色基团结合而脱色。黄清文等他指出，如cl/2,则脉冲电压的平均值为直流供电时的1/2,同样，脉冲电流的平均值也 为直流供电时的1/2。由于电功率为电流与电压的乘积,故电能消耗仅为直流供电时的1/4。又如厂3/4, 则电能消耗为亢流供电的9/16。山此可见，脉冲供电叮大大节约电能。山于是间断供电，在断电间歇期间 内，铁板停止消耗，从而使平均铁耗大大降低。用脉冲电解法处理印染废水时，铁板损耗约为20g/t,要 比直流法降低60%。3. 1.2实际应
11、用熊方文、余蜀灵采用初步体现脉冲电解性能的JH-YR-B纺织印染废水净化设备处理毛纺印染废 水，其脉冲电解平均电耗0.4（kW-h）/t,与直流电解处理相比，电耗降低50%：铁电极消耗约20g/t,与直 流电解法相比，铁耗降低60%。他们在其申请的中国专利购处理工业废水装置中也提到电解的电源供 给可为低压直流式，也可高压脉冲式。张贤彬、熊方文等使川普通工业交流电直接变换产生宽度可调的高压余弦脉冲电进行电解凝聚。他 们认为用质最优良的其他电器可获得脉宽更窄、前后沿更陡的高压脉冲，节电效果显著。采用脉冲方法得 出两个实验的结果:实验1, C0D从进水的358mg/L下降到出水的50mg/L,平均电
12、耗0. 195( kW*h) /m3： 实验2, COD从进水的1646mg/L下降到出水的43mg/L,平均铁耗20. 7g/m3,平均电耗0.33 (kW*h)/ 大幅度降低了电耗和铁耗。高良进等曲利用脉冲电凝聚法对卬染厂的废水进行了处理，并取得了良好的效果。他所使用的拓压为 300：100V，丝绸印染废水色度去除率高达90%95%0与帘规电凝聚法相比，釆川该工艺处理每m%J染废水 约耗电0.60.8kWh,耗铁20、25g,运行费用大大降低。杨岳平在其巾请的专利一电凝聚一电气 浮废水处理装置中提到，电凝聚采用高压脉冲电源。尚国平等闾在改进电解一气浮法处理印染废水中，改进了电源。他们认为印
13、染废水电解需连续可调脉 冲电流，采用集成电路作为触发单元，由KC04和KC09集成块组成三路输入脉冲发生器，运转中达到 了稳定可靠的要求。汪凯民等在国内已有的印染废水窩丿K脉冲电解处理设备的基础I：,对电源作了一些改进，处理印染 废水耗电为0. 76( kWh)/t,耗铁为57. 2g/to在中国专利m电解处理工业废水的方法和装置中提到，使废水流过输入直流电的电极。这样捉高 了去除毒性物质的效率，并且能耗降低，电极板寿命延长。该发明采用的直流脉冲频率介于500800Hz Z 间，电流密度为5A/cm3.2国外研究进展国外对(高频)脉冲电解处理废水的研究主要集中在俄罗斯和美国，其他国家也冇少暈的
14、研究报道。 这里以时间顺序对国外的研究情况作一简单的介绍。早在1977年,美国的Long和Warren P在高压、脉冲电场的作用下,用电凝聚方法对含有妥儿油皂 液的废液进行了处理2”。从工业装置所得数据衣明其残渣大为减少，低于0.4%,而同时肥皂的回收率相比 非脉冲方法增大了 10%。1982年，Estrcla-f opis等采用稳定和变化的脉冲电场作用对有机分散溶液中的电泳沉积进行了研 究创。电凝聚是研究的基础机理。该课题对脉冲电场参数的选择进行了测试分析，结呆表明新条件下的沉 积层性质要远远优于直流电泳下获取的沉积层。1984年，Khalturina Pazenko Aleksandrov
15、认为流体的电凝聚处理町以徃交流和宣流交错的电流 场中进行，其电极为可溶性电极。当胶体溶液以这种电凝聚的方式处理时，交流部分能防止油层在阳极 的形成，但是功率消耗也相当可观了。为了减少功率消耗并使处理过程在稳定的条件下进行，他们对非对 称电流处理含汕溶液进行了实验。含汕溶液包含不同浓度的石油产品，人们可以通过改变周期、逆电流持 续时间、电流的脉冲幅度等来选择最佳非对称电流波形，同时加NaCl溶液增加处理液的导电性。1985年，Dukhin、Rukobratskii侧重从理论方面探索了采用脉冲电场从水中除菌的效果叫俄罗斯的Svetcishovcu Dobrevski j于1992年对含油水溶液电化
16、学处理中的电流脉冲形状效果作了研 究漪。他们对采用直流电流和采用广0.5周期变换的整流电流的处理效果作了分析对比，发现用后者处理 的残留物中汕浓度大人减少，并且电耗也降低不少。1993年，俄罗斯的Dikusar. Zajdman通过分析溶解的匝金属分离，显示在一定脉冲参数设置下的电 流效率和净化率可达到最髙，并研究了溶解物和脉冲双电极电流参数对溶解率和净化动力学的影响测。1996年，Labyak、Kostin 27研究了从电镀工厂的冲洗废水中提取金属镰所采用的脉冲电流参数的效果 及技术特点,并取得了再生率、过程的电流效率、残留金属浓度和电耗等数据。从过程参数和提取银的质 量来看，可以得出脉冲电解相比常规静态电解有一系列的优势。该课题得出的最佳脉冲频率为lOOOHzo2000
