电化学方法在处理环境污染物中的应用.doc

浅谈电化学方法在处理环境污染物中的应用
杨亚提 资源环境 2010级 向伟 2010011455
摘要: 电化学技术因其具有高度灵活性、易于控制、污染少等特点倍受研究者的重视。用于废水处理的各种电化学技术，分析了其作用机理，以求获得一种的最佳的电化学处理方法，确保废水的合理治理，以便实现废水的零排放。从改进电源技术、采用新型电极和改进电解槽设计等方面着手，以降低其能耗。该法具有简洁环保经济的特点，可同时除去水中的有机物、细菌、浊度、重金属及其他毒物，是一种有前途的净水方法。
[关键词] 电化学 环境污染物 污水处理 污水净化
一 引言
电化学水处理技术是指在外加电场的作用下，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，产生大量的自由基，利用自由基强氧化性对废水中的污染物进行降解的过程。其具有易于控制、无污染或少污染、高度灵活性和经济性等优点。电解法处理废水的实质，就是直接或间接地利
用电解作用，把水中污染物去除或把有毒物质变为无毒、低毒物质。废水处理中的电化学法有内电解法、电解凝聚法、电解气浮法、电化学氧化法、电还原法和电渗析法等。影响电解产物的因素有标准电极电势、离子浓度及超电势的大小。此外应用电化学技术检测环境中的污染物以及开发化学电源，在环境保护工程中都具有广泛的应用前景。电解法水处理技术的优点在于：
1.过程中产生的·OH无选择的直接与废水中的有机污染物反应将其降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少产生二次污染。
2.能量效率高电化学过程一般在常温常压下就可以进行。
3.既可以作为单独处理，又可以与其他处理相结合，如作为前处 理，可以提高废水的可生物降解性。
4.电解设备及其操作一般比较简单，如设计合理费用并不昂贵。
二 研究进展
电解法的应用已有较长的历史，在源水和多种行业废水处理中有着广泛的应用。
（一）.污水处理
电解法处理印染废水早有应用，这方面的报道很多。Sheng H.Lin等应用电解法处理印染废水的研究结果表明向废水中投加40mg/L的PAC可提高处理效率。当电流密度在92.5A/m2左右时其COD的去除率为51%。之后，他们将电解法，化学混凝和活性污泥法工艺组合在一起进行印染废水处理。当化学反应器中水停留时间为18min，电流密度为53.4A/m2时，组合工艺COD总去除率超过85%。
用电解法处理油乳胶的实验结果表明，铝反应器优于铁反应器，前者除油率较高，能耗较低还发现后者中加入硫酸铁可提高除油效率。用电解法处理炼油厂含油废水，出水中的含油量和悬浮物含量较低，可达到生化处理和工业水排放标准。
马志毅等人用电解法做的对悬浮物和有机物去除效果实验得出：悬浮物去除率达96%，CODcr及BOD5去除率分别为81%和79.5%。由该法处理高浓度表面活性剂废水的研究得知，槽电压主要消耗在溶液电阻上，表面活性剂对电极反应抑制作用较弱。
（二）.给水净水
电解法可同时除去水中的有机物、细菌、有毒重金属和其他毒物，降低浊度，是一种很有前途的给水净化方法。
Calvin用电解法处理含有铜、铝、锌及氰化物的地下水，研究结果表明，对其中每一种污染物的去除都达到预处理的标准。与传统的处理系统（氰化物氧化/碱性沉淀法/高聚物-酸净化）相比电解法处理成本较低。
高浊度水处理被列为水质净化处理的两大难题之一。采用二级电解法、二级斜管沉淀、三级滤料过滤，并配合二级沉淀物回流的新工艺，将浊度为10000度的源水在42min内一次净化为浊度小于3度的饮用水。
用铁做电极处理污染的河水时，细菌与浊度的去除效果都是非常显著。增大电流密度可提高CODCr和细菌的去除率与速率，但达到相同去除率的能耗将增大。
国家饮用水卫生标准规定，水中铁含量不得超过0.3mg/L。在压力式电凝聚SS滤料过滤除铁的装置中，源水中的Fe2+经过Al（OH）3（使用铝电极）吸附，再经SS滤料过滤，便可除去。当原水中含铁量小于30mg/L时，处理后的水均能达到国家饮用水卫生标准。
导电板置于不通电带相反电荷的两极之间时，将从中性变为其两边带上与其邻近平行电极相反的电荷，从而构成双极电极利用双电极铝电极系统能有效地脱除萨哈拉水体中的氟，并且在电解法处理过程中铝不会污染天然水。
三 原理
（一）.电解法处理废水的实质，就是直接或间接的利用电解作用，把水中污染物去除，或把有毒物质变成无毒或低毒物质。电解槽阳极可分为可溶性阳极与不溶性阳极两类，不溶性阳极是用铂，石墨制成的，在电解过程中本身不参与反应，只起传导电子的作用。而可溶性阳极是采用铁，铝等可溶性金属制成的，在电解过程中本身溶解，金属原子放出电子而氧化成正离子进入溶液，这些正离子或沉积于阴极，或形成金属氢氧化物，可作为混凝剂，起凝聚作用。用电解法或电化学法处理废水，按照去除对象以及产生的电化学作用来区分，又可分为电化学氧化，电化学还原，电气浮，电凝聚等法。
电化学方式
1．电化学氧化法
电化学氧化法是利用阳极的直接电极反与某些阳极反应产物间接的氧化作用来使废水中污染物氧化破坏。实际上，为了强化阳极的氧化作用，同常投加一定量的食盐，进行所谓电氯化，这时阳极的直接氧化作用和间接氧化作用往往同时起作用。电化学氧化法主要用于去除水中氰，酚以及COD，S2-等。
2．电化学还原
电解槽的阴极可以给出电子，相当于还原剂，可使废水中的重金属离子还原出来，沉积于阴极，予以回收利用。还可把六价铬及五价砷分别还原为Cr3+ 及AsH3，予以去除或回收。
3．电气浮法
废水电解时，由于水的电解及有机物的电解氧化，在阳极，阴极表面上会有气体，呈微小气泡析出，它们在上升过程中，可粘附水中杂质微粒及油类浮到水面而分离。利用这一原理的技术或方法称为电气浮法，又称电解浮上法。电解时，不仅有气泡浮上作用，而且还兼有凝聚，共沉，电化学氧化，电化学还原等作用。
废水在直流电场作用下，水被电解，在阳极析出氧，在阴极析出氢。电解氧化时，有机物可生成CO2，氯化物可产生Cl2。电解产生的气泡粒径很小，而且密度也小，因此，电解气泡捕获杂质的能力比加压气浮，机械液轮气浮为高，而且浮载能力也高。
该方法具有去除的污染物范围广，泥沙量少，工艺简单，设备小等优点；主要缺点是能耗大，与其他方法配合使用则比较经济。
4．电凝聚法
电解凝聚是以铝铁等金属为阳极，在直流电的作用下受到电化学腐蚀，具有可溶性，Al3+，Fe3+以离子状态溶入溶液中，经过水解反应可生成多核羟基络合物以及氢氧化物，作为混凝剂对水中悬浮物及胶体进行凝聚处理。与此同时，由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染物，如许多可溶性有机物可通过阳极氧化而去处，二价铁可氧化为三价的氢氧化铁再沉淀去处。
电凝聚法可用于去除废水的浊度与色度，从水中除去铁、硅的化合物，重金属离子等污染物。例如，国外采用电凝聚法处理污染的河水以提供饮用水，是以铝板作电极，槽电压为13.6V，电流密度为 0.5A/dm2，能比较完全的除去水中的色度，且可降低耗氧量、碱度、硬度、含铁量。电能消耗为0.3kw.h/m3，铝耗量为7g/m3。
五 总结与展望
电化学方法的出现已有一定的时间了，它的优点在各种污染物的处理中都有一定的研究和应用，但由于资金、技术、设备等方面的原因，此技术未能充分的展现其优越性，有理由相信，随着现代电化学工程理论的完善和实验室研究的深入，电解法水处理技术必将在废水处理方面得到广泛的应用。

参考文献
[1] 陆正禹,等.油田废水处理综述.工业水处理
[2] 常青，张果金，杨文中。电化学氧化处理废水中有机污染物技术进展。南京化工大学学报
[3] 马志毅,等.电凝聚对悬浮物和有机物去除功效的试验研究给水排水
[4] 中国公众环境研究中心

物理化学课程论文

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学院：资 源 环 境
班级：环 科 102 班
学号：2010011455
姓名：向 伟