电化学氧化法处理生物难降解有机化工废水的研究

王国兵(陕西延长中煤榆林能源化工有限公司, 陕西 榆林 718500)

经济的不断发展必定会带来环境的污染，有些产业如制药业、印刷业以及其他的化工产业等在生产的过程中都会排放大量的有机废水，虽然排放的行业类型各有不同，但是有机废水都有其共同的特点如它含有的有害物质多，难以轻易的对其进行降解且由于其工业类型不同，其有机废水的种类也是多种多样，随着有机废水的污染越来越严重，人们也逐渐开始寻找处理这些有机废水的有效的方法，电化学氧化法就是其中的一种方法。

1 电化学氧化法处理生物难降解有机化工废水的原理

电化学氧化法是一种高级氧化方法，由于其自身的优越性，越来越受到人们的广泛关注。它的原理主要是阳极的高电位以及催化活性不用通过其他的辅助手段就可以直接对有机废水中的有害物质进行降解，或者使用强氧化剂来对有害物质进行降解处理。可以按照氧化的原理将电化学氧化法分为直接电氧化和间接电氧化[1]。

(1)直接电氧化 直接电氧化的过程:直接电氧化主要是运用阳极的高电势对有机化工废水中的有毒有害物体进行氧化并对其进行降解，在直接电氧化的过程中，电极与废水中的有害物质进行直接的电子转换，在氧化的过程中，由于有机化工废水的来源不同，所以其成分也不尽相同，这就会使其在氧化过程后的状态也不一样，有的有机化工废水在经过氧化可以将其中的有毒有害物质进行彻底的氧化，使其有害的有机物变为无机物，但是有的废水在氧化过程中，其中的有害物质可以转化成其他的可处理的物质，然后对其要进行进一步的处理才能真正的完全处理掉其中的这些物质，我们可以把这种方法叫做电化学转化。但是在现如今，我们一般都只是将有毒有害的物质氧化成其他的可进行化学处理的物质，这样可以节约能源并缩减成本。

根据研究我们可以得知，有机物在金属氧化物阳极上进行氧化并产生的反应同阳极金属氧化物的价态以及金属氧化物本身的类型有很大的关系。在有机物的氧化过程中会形成含氧的化合物，它的反应与化合物的形成都与金属氧化物MOX上形成的比之更高价的金属氧化物MOX+1有关，对于有机物的氧化燃烧并产生一定量的CO2来说金属氧化物阳极上形成的自由基MOX[OH]对其燃烧有一定的帮助作用。

具体反应的经过:由于在氧析反应的电位区可能会出现一定量的高价态的氧化物附着在金属氧化物的表层，因此在其阳极上可能会存在物理吸附的活性氧以及化学吸附的活性氧，其具体的反应有以下步骤:H2O或者OH-可以运用阳极的放电反应产生物理吸附的活性氧:

然后再运用其现有的氧化反应使羟基自由基中的氧进行转移并形成高价氧化物:

如果当前的污水中没有有机物时，两种不同形态的活性氧就会通过反应形成氧气如以下反应:

但是如果现有的污水中存在有机物R时，在电化学燃烧的过程中，物理吸附的活性氧对其的燃烧由很大的促进作用，化学吸附的活性氧对有机物进行选择性的氧化，如以下反应:

如果阳极表面的氧空位的浓度很高并且吸附羟基自由基的浓度达到零，并且K2比K1的反应的速度要快，这样有害物质才能够有足够的条件进行完全矿化反应，上述的步骤都是纯化学反应，电极材料的不同其电氧化的过程也会不同，所以只有提高k5和k6的电流效率，并且压制k3h和k4反应的发生，保证电流不会大量的分解水，这样才能保证电化学氧化法对污水的处理效果[2]。

(2)间接电氧化 间接电氧化是电极通过化学反应产生强的氧化剂，运用这些氧化剂将其与污水进行反应使其中的有害物质进行降解，提高了污水处理的效率。间接电氧化主要是在阳极产生一些氧化性的活性中间物质，其中包括溶剂化电子、氧离子等等，这些活性的中间物质可以对污水中的有害物质进行不可逆转的分解，物质中的氧化反应速率与这些中间物质的扩散速率息息相关，间接氧化法的氧化过程:

阳极的反应公式为:H2O—2H++[O]+2e-

阴极的反应公式为:H2O+e-—[H]+OH-

如今通过使用，间接的电氧法在对处理污水上有很好的效果，COD与BOD分别都有很大的降幅，也可有效的清除其色度以及总氮的含量[3]。

2 电化学氧化降解效率的影响因素

(1)电极 电化学的反应依附于电极以及溶液，由于电极对于电化学的反应有很重要的作用，所以在电极的选材上应该更加重视，在电化学反应过程中，电极的材质会对氧化的过程产生一定的影响，不同的电极材质会造成电氧化的不同反应，如电化学产生燃烧现象或者产生电转化现象；同时还会对氧化的效率产生一定的影响。所以在氧化之前一定要选择正确的对应的电极。

电极反应是以电子作为媒介与溶液发生氧化还原反应，所以电极电位越正电子越容易丢失，反之则反。所以根据这一特点，我们可以根据电极电位来选择合适的电极，在污水的处理过程中，使用的电极应该具有高析氧超电势、催化活性等性质，同时阳极还应该具有很强的耐腐蚀性以及很好的稳定性，这样能够有效的提高氧化的效率[4]。

(2)反应器 高效率的反应器能有效的对污水与氧化剂进行快速的融合，并有效的提高污水的传质过程，电化学氧化反应的进行必须依靠电解池，其结构对于污水的处理也有很大的影响。在对污水进行电解时，需要将有害的物质传质到电极的外部，在运用间接电氧法对污水进行处理时，也要使氧化剂与污水充分的融合才能进行高效率的降解，所以，在使用电化学氧化法对污水进行高效处理时，就必须要用到反应器。

为了提高电解的效率，可以使阳极的表面面积增大，使其能够充分的进行氧化反应，如今的三维电极就可以使阳极的表面面积增大，从而提高了电解的效率。

(3)电解质 电解质浓度的大小会影响电化学氧化降解效率，随着电解质浓度的降低，其电流也会相应的减小，所以降解的速率也会降低，但是随着电解质浓度的不断增大，槽电压逐渐降低，降解的速率也会相应的增大，但是在电解质的浓度上还要对其进行控制，应为其浓度太大，不利于降解，所以还要对其进行有效的处理，但是这样会增加处理的花费。同时不同类型的电解质就会发生不同的电化学反应[5]。

(4)其他因素 在了解电极以及反应器和电解质对电化学氧化降解效率的影响之后，我们对其他的影响因素也做一定的了解与分析，其他的影响因素主要包括电流的密度、污水溶液反应时的温度以及污水的酸碱值等等。在对一般的有机物进行降解时，若降解的去除速率加快，降解的中间的产物减少时，同时电化学氧化指数下降，在这种情况之下，说明电流的密度有所增加。但是应该将污水的反应温度控制在最佳的数值，这样就可以尽量的使产生的自由基不会失活加剧，在此同时，高温度可以促进电子与有机物之间的融合与传递，这样可以使反应的速率大大增加，同时也可使有机物的降解速率增大。污水间的酸碱值对电氧化降解的速率也有一定的影响，根据其污水中的酸碱值的不同以及降解方式的差异，选择适宜的最佳条件。

3 结语

电化学氧化法在我国处理难降解的有机化工污水上的应用越来越广泛，其在污水处理方面相比较其他的方法有很大的优越性，能够有效的对难降解的有机化工水进行降解处理。但是，由于它在我国的起步较晚，所以在技术以及应用上还存在一定的问题，所以一方面我们应该对电化学氧化法处理污水方面进行更加先进的科学研究，另一方面还应该进一步的发展科技水平，创造或者研究出处理难降解有机化工污水的更好的方法，使其得到广泛的应用，这样可以提高我国对化工污水处理的整体综合水平，节约资源，使经济与科技的综合水平得到更好的进步与发展。

[1]程聪.高级氧化法处理难降解有机废水的研究[D].武汉纺织大学,2013.

[2]魏琳.工业难降解有机污染物的电化学氧化处理方法研究[D].武汉大学,2011.

[3]付杰.常温常压电催化氧化技术处理高浓度有机废水[D].华东师范大学,2014.

[4]聂冬,金明姬,董微巍,周善英.高级氧化法在水处理领域中的应用研究[J].延边大学农学学报,2014,02:179-185.

[5]金丹萍.电化学氧化技术在污水回用中的应用研究[D].南京航空航天大学,2008.