8种电化学水处理方法

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1、8 种电化学水处理方法电化学水处理-世 间 万 物 ， 都 是 有 一 利 就 有 一 弊 。 社 会 的 进 步 和 人 们 生 活 水 平 的 提 高 ， 也 不 可 避 免 地 对 环 境 产 生 污 染 。 废 水 就 是 其 中 之 一 。 随 着 石 化 、 印 染 、 造 纸 、 农 药 、 医 药 卫 生 、 冶 金 、 食 品 等 行 业 的 迅 速 发 展 ，世 界 各 国 的 废 水 排 放 总 量 急 剧 增 加 ，且 由 于 废 水 中 含 有 较 多 的 高 浓 度 、 高 毒 性 、 高 盐 度 、 高 色 度 的 成 分 ， 使 其 难 以 降 解 和 处 理

2、， 往 往 会 造 成 非 常 严 重 的 水 环 境 污 染 。为 了 处 理 每 天 大 量 排 出 的 工 业 废 水 ， 人 们 也 是 蛮 拼 的 。 物 、 化 、生 齐 用 ，力 、声 、光 、电 、磁 结 合 。今 天 笔 者 为 您 总 结 用 “ 电 ” 来 处 理 废 水 的 电 化 学 水 处 理 技 术 。电 化 学 水 处 理 技 术 ， 是 指 在 电 极 或 外 加 电 场 的 作 用 下 ， 在 特 定 的 电 化 学 反 应 器 内 ， 通 过 一 定 的 化 学 反 应 、电 化 学 过 程 或 物 理 过 程 ，对 废 水 中 的 污 染 物 进 行 降

3、 解 的 过 程 。电 化 学 系 统 设 备 相 对 简 单 ， 占 地 面 积 小 ， 操 作 维 护 费 用 较 低 ， 能 有 效 避 免 二 次 污 染 ， 而 且 反 应 可 控 程 度 高 ， 便 于 实 现 工 业 自 动 化 ， 被 称 为 “ 环 境 友 好 ” 技 术 。电化学水处理的发展历程1799 年Valta 制成 Cu-Zn 原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源。 1833 年建立电流和化学反应关系的法拉第定律。19 世纪 70 年代Helmholtz 提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势， 这是因电荷分离引起的。两相各有过剩

4、的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸 引，形成双电层。1887 年Arrhenius 提出电离学说。1889 年Nernst 提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。1903 年Morse 和 Pierce 把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝 胶中除去。1905 年提出 Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。1906 年Dietrich 取得一个电絮凝技术的专利，专门有人和公司对电絮凝过程进行改进和修正。 1909 年Harries（美国）取得电解法处理废水的专利，它是利用自由离子的作用和铝作为 阳极。1950 年Juda 首次试制成功了具

5、有高选择性的离子交换膜，这促使电渗析技术进入了实用 阶段，奠定了电渗析的实用化基础。电渗析首先被用于苦咸水的化，而后逐步扩 大到海水淡化和制取工业纯水的应用中。20 世纪 50 年代Bochris 等发展的电极过程动力学，为今后半导体电极过程特性研究和量子理论解释溶液界 面电子转移过程的研究打下理论基础。1956 年，Holden（英国）利用铁作为电极来处理河水。20 世纪 60 年代初期随着电力工业的迅速发展，电解法开始引起人们的注意。传统的电解反应器采用的是二维平 板电极， 这种反应器有效电极面积很小，传质问题不能很好地解决。而在工业生产中，要 求有高的电极反应速度，所以客观上需要开发新型

6、、高效的电解反应器。20 世纪六七十年代从俄克拉荷马大学研究去除略带碱性的水中盐分开始，Y.Oren 等研究了电吸附和 电解吸附技术的基础理论、参数的影响和对多种候选电极材料的评价。1969 年Backnurst 等提出流化床电极(FBE) 的设计。这种电极与平板电极不同，有一定的 立体构型，比表面积是平板电极的几十倍甚至上百倍，电解液在孔道内流动，电 解反应器内的传质过程得到很大的改善。1972 年Fujishima 和 Honda 报道了在光电池中光辐射 Ti02 可持续发生水的氧化还原反应， 标志着光催化氧化水处理时代的开始。1973 年M.Fleischmamm 与 F.Goodrid

7、ge 等研制成功了双极性固定床电极(BPBE)。内电极材料在高梯 度电场的作用下复极化，形成双极粒子，分别在小颗粒两端发生氧化-还原反应，每一个颗 粒都相当于一个微电解池。由于每个微电解池的阴极和阳极距离很小，迁移就容易实现。同 时，由于整个电解槽相当于无数个微电解池串联组成，因此效率大大提高。20 世纪七十年代前苏联科研人员将铁屑用于印染废水的处理，从此微电解法开始应用到废水治理 中。1976 年Asovov 等人（前苏联）利用电絮凝法处理石化废水。1977 年，Osipenko 等人（前苏联）利 用电絮凝法处理含铬废水。20 世纪 80 年代为克服传统芬顿法的缺点，提高水处理效果而发展起来

8、的一项新技术电芬顿 技术问世。1983 年Weintraub 等人（美国）利用电絮凝法处理含油废水。20 世纪 90 年代电极材料选择及电极结构设计的核心技术突破。加利福尼亚州的劳伦斯利佛莫尔国家实验 室、Mark Andelman 等进行了除盐试验的中试工作，取得了较好的试验效果。 电吸附技术 在国内的研究起步比较晚。陈福明、尹广军等 1999 年报道了用多孔大面积电极去除水中离 子的方法，并对电吸附进行了一系列的理论和实验研究。21 世纪以来2002 年，Cardia（澳大利亚）取得去除放射性核素和氰化物的专利。电絮凝技术 的发展已进入一个强产业化的过程，包括解决电化学反应槽的设计、电极除

9、污、 能给、操作条件、提供最佳配套设施等关键问题。电吸附技术模型处理和系统化应用。Sang Hoon 等建立了电吸附模型，研究了电 吸附模块的吸附潜能，并对模块的设计参数和运行中的操作条件进行了研究。 Wegemoned 等建立了一套实验室模型。用该模型处理 TDS （溶解性固体总量， TDS 值越高，表示水中含有的溶解物越多）为 1000mg L 的工业循环冷却水，出 水 TDS 达到 10mgL。电 化 学 水 处 理 技 术 包 括 电 絮 凝 - 电 气 浮 法 、 电 渗 析 、 电 吸 附 、 电 芬顿 、电 催 化 高 级 氧 化 等 技 术 ，种 类 繁 多 ，各 自 都 有

10、适 用 的 对 象 和 领 域 。01电絮凝-电气浮法电 絮 凝 法 ， 实 际 上 就 是 电 气 浮 法 ， 因 为 絮 凝 的 过 程 也 伴 随 着 气 浮 的 发 生 ， 因 此 可 合 称 为 “ 电 絮 凝 - 电 气 浮 法 ” 。该 法 通 过 外 电 压 作 用 下 ， 产 生 的 可 溶 性 阳 极 产 生 阳 离 子 体 ， 阳 离子 能 够 对 胶 体 污 染 物 发 生 凝 聚 效 应 。 同 时 ， 阴 极 在 电 压 作 用 下 的 析 出大 量 氢 气 ， 氢 气 在 上 浮 的 过 程 中 能 够 将 絮 体 上 浮 ， 电 凝 聚 法 就 这 样 通过 阳

11、 极 的 凝 聚 和 阴 极 的 絮 体 上 浮 实 现 污 染 物 的 分 离 和 水 的 净 化 。以 金 属 为 溶 解 性 阳 极 ( 一 般 为 铝 或 铁 ) ， 在 电 解 时 产 生 的 A l 3 + 或F e3 +离 子 生 成 电 活 性 絮 凝 剂 ， 来 压 缩 胶 体 双 电 层 使 其 脱 稳 ， 以 及 吸 附架 桥 网 捕 作 用 来 实 现 的 ：A l - 3 e A l3 +或 F e - 3 e F e3 +A l3 + 3 H O A l ( O H ) + 3 H + 2 3或 4 F e2 + O + 2 H O 4 F e 2 23 + 4 O

12、 H -一 方 面 形 成 的 电 活 性 絮 凝 剂 M ( O H ) ，被 称 为 可 溶 性 多 核 羟 基 配 合n物 ，作 为 混 凝 剂 能 快 速 有 效 地 凝 聚 污 水 中 的 胶 体 悬 浮 物 ( 细 微 油 珠 和 机械 杂 质 ) 并 “ 架 桥 ” 联 接 ， 凝 成 “ 大 块 ” 而 加 速 分 离 . 另 一 方 面 胶 体 在A l 盐 或 F e 盐 等 电 解 质 作 用 下 压 缩 双 电 层 ， 因 库 仑 效 应 或 凝 结 剂 的 吸附 作 用 ， 导 致 胶 体 凝 聚 而 实 现 分 离 ， 发 生 电 絮 凝 剂 。 虽 然 电 活 性

13、 絮 凝剂 的 电 化 学 活 性 ( 寿 命 ) 仅 几 分 钟 ， 但 对 双 电 层 电 位 差 影 响 极 大 ， 即 对胶 体 粒 子 或 悬 浮 微 粒 的 凝 聚 作 用 极 强 。 因 而 ， 其 吸 附 能 力 与 活 度 ， 比加 入 铝 盐 试 剂 的 化 学 方 法 高 得 多 ， 且 用 量 少 ， 成 本 低 ， 不 受 环 境 、 水温 及 生 物 杂 质 的 影 响 ，亦 不 会 发 生 铝 盐 与 水 的 氢 氧 化 的 副 反 应 ，因 而 所 处 理 污 水 的 酸 碱 度 范 围 就 较 宽 。另 外 ， 阴 极 表 面 释 放 出 的 细 小 气 泡

14、加 速 了 胶 体 的 碰 撞 和 分 离 过 程 .阳 极 表 面 的 直 接 电 氧 化 作 用 和 C l-转 化 成 活 性 氯 的 间 接 电 氧 化 作 用 对水 中 溶 解 性 有 机 物 和 还 原 性 无 机 物 有 很 强 的 氧 化 能 力 ，阴 极 释 放 出 的新 生 态 氢 和 阳 极 释 放 出 的 新 生 态 氧 具 有 较 强 的 氧 化 还 原 能 力 。因 此 ， 电 化 学 反 应 器 内 进 行 的 化 学 过 程 是 及 其 复 杂 的 。 在 反 应 器中 同 时 发 生 了 电 絮 凝 、 电 气 浮 和 电 氧 化 过 程 ， 水 中 的 溶

15、解 性 胶 体 和 悬浮 态 污 染 物 在 混 凝 、 气 浮 和 氧 化 作 用 下 均 可 以 得 到 有 效 转 化 和 去 除 。02电沉积水处理技术利 用 电 解 液 中 不 同 金 属 组 分 的 电 势 差 ， 使 自 由 态 或 结 合 态 的 溶 解性 金 属 在 阴 极 析 出 。 电 沉 积 水 处 理 法 根 据 这 种 原 理 ， 能 够 将 废 水 中 的金 属 离 子 通 过 这 种 无 害 的 反 应 收 回 ， 非 常 绿 色 环 保 。 通 过 电 沉 积 法 进行 污 水 处 理 的 关 键 在 于 选 择 适 宜 的 电 势 。 无 论 金 属 处 于 何 种 状 态 ， 均可 根 据 溶 液 中 离 子 活 度 的 大 小 ， 由 能 斯 特 方 程 确 定 电 势 的 高 低 ， 同 时溶 液 组 成 、