电化学方法在污水中的应用

电化学方法在治理废水中的应用电化学该方法治理污水或废水，具有无需添加氧化剂，絮凝剂等化学药品，设备体积小，占地面积小，操作简单灵活，排污量小，不仅可以处理无机污染物，也可以处理有机污染物，特别是一些无法用生物降解的有毒有机物可用电化学方法处理，用电还原法处理一些重金属午睡时还可回收废水时还可回收废水中的金属等优点。但电化学方法存在能耗大，成本高及电解时吸氢，吸氧或吸氯气不安全的缺点。随着电力工业的发展，特别是近代大力发展水力发电和核电，电能成本降低，为电化学在治理废水方面的应用开辟里很好的前景。用于废水处理的电化学方法有电解法（氧化或还原），电气俘法，电凝聚法和电渗析法等。电化学方法已用于电镀废水，化工废水，染料废水，造纸废水，皮革废水，生化废水和制药废水等废水治理。以及用于水处理剂的电化学合成。一、内电解法处理废水内电解法也称还原电解池或腐蚀电解池，通常是以颗粒炭，煤渣或其他导电惰性物质为阴极，铁为阳极，废水中导电电解质起导电作用构成原电池.阳极反应为Fe→Fe2++2e-阴极反应为2H++2e-→H2↑酸性条件下O2+2H2O+4e-→4OH-碱性或中性条件下Fe2++2H2O+→2H+Fe(OH)2电解质中反应为H++Fe(OH)2+1/2O2→Fe(OH)3↓Fe具有较强的还原作用，可使废水中的某些氧化性组份还原，同时Fe(OH)3及Fe(OH)2还具有絮凝和吸附作用。原电池的某些位电流也可直接氧化还原作用，还能刺激水中微生物的代谢作用，促进微生物处理废水。已用此法处理含油有厨房废水，煤气洗涤废水和染料废水等。该法优点是以废治废，不消耗能源，能去除多重污染剂成分和脱色，还能提高难降解物的可生化性。其缺点是反应速率慢，处理废水少，反应柱易堵塞，对高浓度废水处理比较困难，其反应操作弹性差。如内电解法处理印染废水和内电解法处理含油废水内电解法处理含油废水厨房污水的成分极为复杂，含有各种有机物，动物油，蛋白质，淀粉，糖，纤维素，无机盐，表面活性剂等。对这类污水大多采用生化处理，采用腐蚀电池处理厨房废水可用过滤床装置和絮凝床等两类。本法是在反应器出水进入沉淀池中加入少量混凝剂使水质澄清。厨房污水含油量在（30～200）×10-6范围，处理后水中的含油量降至（0～12）×10-6油脱出率达96％，进水COD(200～600)×10-6出水COD（60～200）×10-6。去除率平均72.5％，BOD进水为500×10-6，出水约40×10-6，去除率90％.处理污水药剂费0.1元/t.二、电解凝聚法处理废水（乳化液废水）电凝聚是以金属为溶解性阳极(一般为铝或铁)，在电解时产生的Al3+或Fe3＋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：Al→Al3++3e或Fe→Fe2＋+2eAl3++3H2O→Al(OH)3+3H或4Fe2＋+O2+2H2O→4Fe3＋+4OH一方面形成的电活性絮凝剂M(OH)n，被称为可溶性多核羟基配合物，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。另一方面乳化液胶体在Al盐或Fe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，电极表面释放出的细小气泡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Cl－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。通常，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凝聚、电气浮和电氧化过程，水中的溶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。乳化液污水处理乳化液污水的处理方法。乳化液污水属于含油污水类型。对不同形态的油采取不同的方法，重点是乳化油的处理，同时除去化学添加剂、COD等。①可浮油：油珠颗粒较大，一般大于15μm,通常大部分以浮油形式存在，以连续相的油膜漂浮于水面而能被撇除，主要采用隔油池去除。②分散油：粒经在1～15μm的微小油珠悬浮分散于水相中，不稳定，静置一段时间，可聚集成较大的油珠转化为可浮油，也可能在自然和机械作用下转化为乳化油。③乳化油：由于表面活性剂的存在，油在水中呈乳液状，易形成O/W型乳化微粒，粒径小于1μm，表面常常覆盖一层带负电荷的双电层，体系较稳定，不易上浮于水面。必须经过破乳后才能够处理。目前，乳化液污水处理方面，一是化学药剂法(药剂破乳)工艺过程为：加药(破乳)→沉降→过滤或加药(破乳)→气浮→过滤法。化学药剂法具有工艺成熟、可靠的特点。实际应用方面也取得了较好效果。但是从节约能源和合理化使用资源及操作管理的角度看，化学药剂破乳法不同程度地存在成本高、使用受局限、工艺过程复杂(如药剂的筛选、投加量、投加点、投加方式、现场的配置等)操作不便等不足之处。特别是近年来乳化液产品的稳定性得到很大提高，采用化学药剂法破乳一是时间长，二是用药量大，三是难以找到合适的破乳剂等问题时常出现。电化学方法治理污水具有无需添加(或少量添加)氧化剂、絮凝剂等化学药品；水质适应范围宽，并能够处理复杂的一般方法难以处理的污水；设备体积小，占地面积少，操作简便灵活等优点。但电化学方法存在着能耗大、阳极钝化、成本高等缺点。限制了电化学方法在污水处理中应用。电化学法在乳化液污水治理中的应用（一）电化学法处理乳化液污水工艺流程。对于不同成份污水及不同排放标准要求，应根据实际情况增加处理设施。如污水浓度较高时采用二级气浮；执行一级排放标准时采用过滤、吸附后在排放；也可以与生活污水混合后采用生物处理。（二）电化学法处理乳化液污水应用。在实际运行中采用选用铁为可溶性电极，虽然铝离子要比铁离子的凝聚效果好，但从实用和经济角度看，在废水处理中还是使用铁比铝更方便和适用。电压控制在200～300V，通过电量控制在0.5～2.0F?m-3,电凝聚时间控制在5～15min。能够有效去除污染物，油的去除率可达99%，COD去除率可达95%。实际应用中处理后的污水COD＜450mg/L，油＜15mg/L，SS＜45mg/L观察一年能够稳定达标排放。工程总投资12.5万元，占地面积45m2，装机功率13Kw，运行成本3.50/m3。电凝聚技术具有许多传统水处理工艺所没有的优势，能在同时除去或降低有机物、细菌、色度、重金属等有毒物质。与化学混凝相比，其特点是：电凝聚产生的氢氧化物比化学混凝法所产生的具有更高的活性，具有更大的吸附除去污染物的能力。所需的药剂少，产生的污泥较少，絮体密实，不会发生回溶；省约(减少)了药品的储存、计量、混合等。电凝聚反应过程还可以产生微小的气泡，有利于污染物上浮分离。电凝聚技术不产生二次污染、抗冲击负荷强、自动化程度高、操作简单方便、使用成本低、处理效果好等。电凝聚技术用于污水处理的潜力并为完全显现。电凝聚技术还存在许多不足之处：需要定期更换电极；溶液要保持一定的电导率；耗电量较大等。为此，今后应对电凝聚过程中的物理、化学过程的机理进行深入研究；对电极材料、极化方式以及各种因素着手，寻找新的电极材料；将电凝聚与传统工艺结合，发挥各自特长。随着电凝聚技术的进一步完善，在水处理中的应用将更加广泛。电凝聚技术具有许多传统水处理工艺所没有的优势，能在同时除去或降低有机物、细菌、色度、重金属等有毒物质。与化学混凝相比，其特点是：电凝聚产生的氢氧化物比化学混凝法所产生的具有更高的活性，具有更大的吸附除去污染物的能力。所需的药剂少，产生的污泥较少，絮体密实，不会发生回溶；省约(减少)了药品的储存、计量、混合等。电凝聚反应过程还可以产生微小的气泡，有利于污染物上浮分离。电凝聚技术不产生二次污染、抗冲击负荷强、自动化程度高、操作简单方便、使用成本低、处理效果好等。电凝聚技术用于污水处理的潜力并为完全显现。电凝聚技术还存在许多不足之处：需要定期更换电极；溶液要保持一定的电导率；耗电量较大等。为此，今后应对电凝聚过程中的物理、化学过程的机理进行深入研究；对电极材料、极化方式以及各种因素着手，寻找新的电极材料；将电凝聚与传统工艺结合，发挥各自特长。随着电凝聚技术的进一步完善，在水处理中的应用将更加广泛。三、电解气浮法处理废水电解气浮工艺是一种运用电化学方法去除固态微粒，油污的废水处理单元操作方法。其上浮原理是通过电解水产生氢气，氧气和氯气（有氯离子时）携带废水中的胶体微粒，油污共同上浮，达到分离进化的目的。与常用的加压溶气气浮发相比，其具有以下特点。1，电解产生的气泡微小约8～15um，与废水中杂质的接触面积大，气泡与絮粒的吸附能力强。通过调节电流，电极材料，PH值和温度可以改变产气量及气泡大小以满足各种需要。2，阳极过程中阳极会有中间产物，它们对有机物有一定的氧化作用。有氯离子存在时阳极产生氯气有氧化作用，氯气分解产生次氯酸根也有氧化作用，因此对水体中的有机物有降解作用。3，工艺装置紧凑，站的面积少。电解气浮法通常用不不溶性电极，常用电极有不锈钢，石墨，二氧化铅，金属氧化物钛基电极等。通常将电解池安装在水处理池底部，水缓缓流过电解池，气泡鱼悬浮物接触后吸附，达到分离目的。电解气浮阳极析氧气，有氯离子存在时析出氯气，阴极析氢，其超电压服从他菲尔经验公式，即η=α+βī。选择中低超电势材料做电极，可以提高析氢速度，降低电能消耗。电解析气的过程包括气泡的形成，长大和气抛脱离三个阶段。电解气泡的生成，本质上属于新向的生成，由于电极表面的微观不均匀性，并涉及气体的溶解，过饱和，扩散等，成粒过程十分复杂。气泡长大过程，包括电极表面笑气泡聚并，以中等气泡为中心兼并周围小气泡以及打起泡的滑移聚并。气泡的脱离发生在上升力大于附着力，气泡脱离的临界尺寸与电解工业条件，电极表面状态有关。电解气浮工业设备：气浮槽有平流式和竖流式或回流式和翻滚式。四、电化学氧化法处理废水1、直接氧化法处理废水已用此法直接降解无机污染物（如含CN-废水、含NH4+和含硫沸水等），对有机物氧化降解（如降解染料、酚）以及造纸、皮革垃圾填埋场渗析液等各种废水。含氰废水主要来自化工、制药、焦化、冶炼、电镀等行业，处理方法很多，如化学法、电解氧化法、活性炭法、离子交换法等。2、间接氧化法处理污水间接氧化法实在阳极反应过程中，先生成具有较强氧化性质的化学活性物质，在利用这些物质对难降解物质径行分解，氯气、次氯酸跟等均可作为有机物的氧化中介，其还原电势越弱，氧化中介效果越好。间接氧化已经在苯、苯酚、油和氯化物的氧化过程中得到验证。由硝基氯苯生产队硝基酚的废水，进沉淀、萃取分离后，酚的质量浓度仍有数百毫克美升，并含有大量的氯化钠，可用电解法生产氯与次氯酸跟氧化废水中的有机物，氧化侯尾液中仍含有次氯酸跟，再与原水混合作进一步氧化，脱酚率达99％。五、电还原法处理废水电换元法可用于铬离子去除、重金属回收、氯代烃还原脱氯、铜请络合物电镀废液治理。六、电渗析法处理废水电渗析技术作为一种特殊的电解技术，早已在氯碱工业和水处理中应用。电渗析的原理是在直流电场下，溶液中的正负离子分别向不同方向迁移，正离子向负极迁移，负离子向正极迁移。若在溶液中间安装离子交换膜，由于阳离子只允许正极通过，而阴离子交换膜，只允许负离子通过，因此可以限制不同区域溶液中离子的迁移，最终达到分离、浓缩、提纯、回收离子或淡化水的目的。电渗析技术主要用来淡化苦咸水和海水、处理酸性废水、处理赤泥碱性废水、处理硫酸钠废水、处理造纸黑液。七、水处理药剂的电化学合成1、高效聚合氯化铝的电化学合成聚合氯化铝是应用比较广泛的一种水处理剂，主要用于废水的絮凝混凝。其有效的絮凝作用来源于AI13,它是铝离子水解—