电化学杀菌技术在水处理领域中的发展

电化学杀菌技术在水处理领域中的发展现今社会，随着环境要求的日趋严格，电化学杀菌作为一种环境友好的杀菌技术就自然的受到了越来越多的重视。并且电化学杀菌法具有杀菌效果好、投资少、操作简便灵活等优良特点，因此具有十分广阔的应用前景。长期以来在水处理领域用于杀菌的方法主要是化学法和物理法，但两者都存在各自的弊端：化学法杀菌成本低、效果好，但对环境不友好；物理法杀菌虽对环境很友好却无持续杀菌作用、且效果也不理想。为解决这两种方法存在的问题，自20世纪70年代以来，电化学杀菌在理论、技术和工程方面都取得了快速的发展，作为一门“清洁技术”在许多领域尤其是环境工程方面得到了广泛的应用。一、杀菌机理及电极电解水溶液可以产生多种具有杀菌活性的物质，其机理是包括活性氯、活性中间体、铜或银离子的化学作用以及电场的物理作用。通过人们的不断探索试验、对电化学杀菌过程中各种电解产物以及电场对杀菌的作用进行的大量的研究，结果显示电解产物的化学组成除与电解液的组成相关外，更重要的是与所使用的电极材料密切相关。根据应用对象和目标选择适宜的电极材料，是提高杀菌效果的有效途径。其主要的一些电极机理和材料有：1、活性氯与钛基铂族金属或其氧化物电极活性氯杀菌效果好且具有持续杀菌作用，其目前在水处理领域中应用最为广泛。2、双氧水与多孔炭阴极双氧水是一种环保型的氧化性杀菌剂，具有持续杀菌能力。采用的多孔碳阴极可以减少双氧水的进一步还原，抑制它的催化分解产生，并且多孔碳电极还可以改善传质，促进氧气向电极表面的扩散，从而提高双氧水的电流效率。3、O3与β-PbO2电极O3是一种强氧化剂，杀菌速度快、用量少，但不足之处在于无持续杀菌作用。由于PbO2电极的制备工艺复杂且在使用过程中涂层易脱落，这使以产生O3为主的电化学杀菌技术的应用受到了限制。4、活性中间体与金刚石电极在电解过程中可以产生一些活性很高但寿命很短的中间体，如HO·、HO2－等。这些活性中间体产生于电极表面，可对电极附近的细菌产生杀灭作用。但是金刚石电极制造方法很复杂，所以目前尚未工业化。5、铜离子、银离子与铜、银及其合金电极该法不产生有毒副产物且具有持续杀菌作用，其仪器可用于游泳池、浴池、水库等。6、电场作用与活性炭电极电化学杀菌的各种方法机理都有各自的不同特点。因此在实际的应用中，可根据系统的特点和要达到的目标，选择合适的电极材料及工艺条件，以某一种或几种杀菌机理为主达到控制微生物的目的。二、存在的问题及解决方法任何一种方法都会存在一些问题，同样的，电化学杀菌技术主要存在的问题是：电流效率较低、阴极结垢以及杀菌剂浓度难以控制等等。目前，电化学杀菌法的效率低、能耗高，较化学法杀菌相比，成本较高。提高电流效率的方法主要是通过与其他的工艺相结合，产生协同作用，提高杀菌效果；还有就是优化电解反应器结构，如减小电极间距，也可以在一定程度上提高电流效率，促进杀菌效果。阴极结垢的原因主要是电解时阴极发生析氢或氧气发生还原反应，阴极附近pH升高，水中存在的硬度及碱度由于pH升高而结垢析出。结垢的速率与温度、pH、硬度、碱度及流速有关。目前解决结垢问题主要有两种思路：一是改变水溶液的化学组成使垢难以形成；二是设法将已形成的垢除去，避免垢层增厚。电化学杀菌法产生的杀菌剂如活性氯、活性中间体、O3及铜银离子均具有腐蚀性，如果浓度过高则会对系统产生腐蚀，还会造成不必要的能耗，增加成本，但浓度过低又无法保证杀菌效果。因此，需要控制好杀菌剂的浓度。其可通过控制电流或电流密度来达到控制杀菌剂的浓度。电化学杀菌技术目前虽还不完善、存在着一些问题，但是随着其技术的发展，必然会出现更为行之有效的解决方案。---------引用总结《电化学杀菌技术在水处理中的研究发展》（谭丽，李本高；石油化工科学研究院，北京100083）