电化学水处理技术发展综述

卢成栋

[摘 要]近年来，随着科技与经济的快速发展，以工业废水为例，水质水量发生了明显的变化，污染物成分更加复杂多样，难降解组分所占比例变大，传统的水处理工艺已经无法满足复杂难降解废水的处理要求。电化学处理废水效率高，能有效提高废水可生化性，優势日益显现。基于此，本文重点探讨电化学水处理技术发展，以供参考。

[关键词]电化学；水处理技术；发展

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）29-0007-01

在社会经济高速发展、工业水平不断提升的背景下，水污染问题越发明显，成为国际研究的重点问题。水污染不仅带来了淡水资源短缺危机，也在一定程度上严重影响了人们的身体健康。因此，废水净化与处理成为人们关注的重点。实践证明，利用化学工艺进行废水处理可有效减少污染性废水的排放量，降低废水处理成本，提升整体处理质量，具有广阔的应用前景。

1 废水的相关概述

“废水”是对已经被污染了的水的总称，包括工业废水、生活废水等等。由于废水中含有大量不能够由生态平衡系统而“自主消化”的化学物质，并在一定程度上可对周围环境造成严重的污染，因此，我们将其称为“废水”。由于废水具有一定的污染性与危害性，废水的排放严重加剧了水资源短缺问题。因此，加强废水净化与处理具有重要现实意义。据研究与实践发现，不同类型的废水经过排放混合后，将在一定程度发生化学反应，导致废水成分、污染物性质发生变化。其中含有特定成分的废水在混合后，产生了沉淀物，使废水中的污染物整体含量减低。而废水的这种自凝现象为废水处理提供了新思路。通过对该现象的原理进行解析，并从废水处理角度出发，在充分掌握自凝与化学热力学之间的关系的基础上，运用相关知识与技术手段进行废除性质的转化，可达到废水净化与处理目标，具有重要现实意义。本文主要探讨电化学废水处理技术。

2 电化学水处理技术

2.1 电化学法

电化学法是一个复杂的过程。在电场的作用下金属电极产生的阳离子在进入水体时发生许多物理化学现象，从离子的产生到形成絮体包括三个连续的阶段：①在电场的作用下，阳极产生电子形成“微絮凝剂”—铁的氢氧化物；②水中悬浮的颗粒、胶体污染物在“微絮凝剂”的作用下失去稳定性；③脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，结合成肉眼可见的大絮体。由于电化学法过程中电解反应的产物只是离子，不需要投加任何氧化剂或还原剂，对环境不产生或很少产生污染，被称为是一种环境友好水处理技术。

2.2 直接电化学氧化

直接电化学氧化是通过电极表面产生的强氧化剂和电子的直接传递作用，将有机物氧化分解的过程。这一过程又包括了电化学燃烧和电化学转化，Comninellis提出了有机污染物在金属氧化物（MOx）电极表面电化学转化和电化学燃烧的反应机理。H2O或水溶液中的氢氧根离子（OH-）在阳极表面失去电子，生成具有活性的羟基自由基（·OH），·OH吸附在电极表面，与有机物（R）发生氧化反应，将有机物逐步分解直至完全无机化，即电化学燃烧：

MOx+H2O→MOx（·OH）+e- （1）

MOx+OH-→MOx（·OH）+e- （2）

R+MOx（·OH）→COx+zH++ze-+MOx （3）

吸附在电极表面的·OH如能与MOx电极发生快速的氧化反应，则·OH中的氧将转移到MOx晶格中，形成高价氧化物MOx+1；MOx+1与有机物发生氧化反应，即电化学转化：

MOx（·OH）→MOx+1+H++e- （4）

R+MOx+1→RO+MOx （5）

2.3 间接式中介电氧化

该电氧化形式是FARMER提出的一种氧化过程。该过程中，在阳极上将稳定的、低价态的介质氧化成不稳定、反应活性大高价态的离子，具有氧化性高价态的离子对污染物直接进行氧化降解，亦或在溶液中产生反应，借助生成的羟基自由基对污染物进行破坏，而还原其本身，继而向阳极迁移并被氧化。通过周而复始，有机物得到降解。其中CO3+、Fe3+、Ag2+、Ni2+、Ce4+等为常用介质。LEFFRANG等提出的氧化还原的电对为CO3+/CO2+，对4-氯酚、2-氯酚及苯酚的降解进行研究，最终得出CO和CO2具有降解有机污染物的功能，并且具有98%的转化率，75%的总平均电流的效率。然而该方法氧化的能力和介质氧化还原与电极电位关系密切，通常情况下，操作应当在高酸条件下进行，因加入重金属而导致二次污染的发生，大大限制了其应用程度。

2.4 电Fenton

电Fenton是电化学与Fenton反应的组合，通过电化学产生Fe2+或H2O2作为Fenton试剂的持续来源。在阳极，水发生直接氧化，生成O2或·OH，在阴极O2可以通过两个电子还原产生H2O2，与Fe2+反应生成·OH，阴阳极反应生成的·OH将有机污染物进行分解。因此，电Fenton可分为EF-H2O2法，EF-Feox法，电生成Fenton法和FSR法。与传统Fenton工艺相比较，外加试剂量减少，使得工艺运行操作趋于简便。电Fenton中Fe2+或H2O2的生成是相对稳定持续的过程，确保工艺运行更加稳定，保证有机物完全氧化。

3 电化学水处理技术发展

虽然电化学处理工艺能取得较好的处理效果，但是随着废水组分复杂化，单一的电化学工艺往往不能满足实际需求。电化学处理与其他工艺组合能够更好的满足生产需求，不仅能够提高处理效率，还能更好地节约资源，这也是现如今科学研究的主要方向。郑苏丹等人将膜分离与电催化技术耦合处理苯酚废水，去除率可达70%，比单一的电极催化氧化处理效率提高了40%。Wang等人以微博辅助电Fenton降解偶氮燃料废水，各污染组分去除效率均高于电Fenton单独处理效率。李媚等利用吸附-电化学耦合处理对氯苯酚废水，以毡状活性炭为阳极，不锈钢为阴极。活性炭纤维的吸附（如图1所示）和电化学氧化可以有效降解对氯苯酚，活性炭纤维吸附作用符合Langmuir等温室，在电化学作用下还可以使其部分得到再生，在电流密度为7.6mA·cm-2时，电解质浓度为1g/L，运行180min，废水COD去除率可达97.09%。尽管活性炭吸附性能会因连续使用而下降，但是工艺处理效率能快速达到87%以上。

综上所述，在目前我国难降解有机化工污水的处理方面，电化学氧化方法得到了广泛应用，同其他污水处理方法相比，该方法具有较大的优越性，可实现难降解有机化工有效降解运用电化学工艺进行废水处理可有效达到预期目的，实现水资源的保护与再次利用。随着科学技术的不断发展，废水处理化学工艺与技术将得到进一步的发展。本文通过对电化学工艺在废水处理中的运用研究，旨在为化学工艺的合理运用提供有益参考。

参考文献

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