[摘 要]電化學水處理技術，由于其設備小、占地少、運行管理簡單和處理效果好等優(yōu)點，日益受到人們的重視。尋求節(jié)能高效的電化學水處理技術與設備已成為電化學應用技術研究的重要方向。電化學水處理技術是一種環(huán)境友好型技術，文章介紹其基本原理和優(yōu)點，主要對其研究與應用進行了闡述，并簡單概述了節(jié)省電凝聚氣浮法處理廢水的運行費用。

　　[關鍵詞]電化學；廢水處理；應用

　　電化學處理方法是指在特定的電化學反應器內，通過設計 的電極反應以及由此而引起的一系列的化學反應、電化學過程或物理過程，達到污染物降解轉化的目的。電化學系統(tǒng)設備相對簡單，占地面積小，操作維護費用較低，能有效避免二次污染，而且反應可控程度高，便于實現工業(yè)自動化，被稱為“環(huán)境友好”技術。

　　1. 電化學水處理的基本原理

　　電化學水處理技術的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學反應或間接電化學轉化而從廢水中減少或去除。它可分為直接電解和間接電解。

　　1.1 直接電解

　　直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中去除。直接電解可分為陽極過程和陰極過程。陽極過程就是污染物在陽極表面氧化而轉化成毒性較小的物質或易生物降解的物質，甚至發(fā)生有機物無機化，從而達到削減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除，主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。

　　1.2 間接電解

　　間接電解是指利用電化學產生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑，使污染物轉化成毒性更小的物質。間接電解分為可逆過程和不可逆過程。可逆過程是指氧化還原物在電解過程中可電化學再生和循環(huán)使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學反應產生的物質，如具有強氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、H2O2和O3 等氧化有機物的過程，還可以利用電化學反應產生強氧化性的中間體，包括溶劑化電子、·HO、·HO2 等自由基。

　　2. 電化學水處理的主要技術方法及其運用

　　電化學廢水處理技術主要包括：電凝聚氣浮法、微電解法、電化學氧化法電滲析法、電吸附法。下面分別介紹它們的基本原理及研究應用情況。

　　2.1 電凝聚氣浮法

　　電凝聚氣浮法是采用可溶性陽極(Fe，Al 等)，生成Fe2+、Fe3+、A13+等大量陽離子，通過絮凝生成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3 等沉淀物，以去除水中的污染物。同時，陰極上產生大量的氫氣微氣泡，陽極上產生大量的氧氣微氣泡，與絮凝污物一起上浮并從廢水中除去。其電極上的基本反應是：

　　陽極氧化： Fe?2e→Fe2+ Eθ(Fe2+/Fe) = ? 0.440 V

　　Fe-3e→ Fe3+   Eθ(Fe3+ /Fe) = ? 0.037 V

　　陰極還原：2H+2e → H2  Eθ(H/H2) = ?0.000 V

　　主反應：  Fe+2H2O→Fe(OH)2+H2

　　4Fe+10H2O→4Fe(OH)3+4H2

　　影響電凝聚氣浮法處理效果的因素包括廢水的物理化學性質與電化學參數。前者主要有pH、電導率陰離子種類和數量、陽離子種類和數量、水溫等；后者主要有電極材料、電流密度、極間距、外加電壓以及電解時間等。采用電凝聚氣浮法處理衛(wèi)河水，當COD濃度為977.6 mg/L，濁度為140.7 NTU，色度大于2000 時，處理的最佳工藝條件為：電流強度1.5 A、pH 為6~8、電解時間20 min。COD濃度的去除率最高達到94 %，濁度去除率可達83 %。電凝聚氣浮法在有效去除有機物的同時，能高效脫色，脫色率可達96 %以上。處理后水的濁度、色度、COD 濃度等均達到國家排放標準。將脈沖電源和直流電源分別作為電凝聚氣浮法處理廚房廢水的外加電源，試驗探明其對廢水電解處理的電能消耗和COD去除率的影響，并分析廢水脈沖電解處理節(jié)能高效的原因。試驗結果表明，脈沖電流占空比60 %，頻率1000 Hz 相對直流電流能夠更加有效減緩電極的極化，降低電極過電位，使電能消耗降低15 %～35 %；在脈沖電凝聚氣浮法處理廢水過程中電流效率穩(wěn)定、Fe2+能夠有效擴散到廢水中，使去污效果增強5 %～7 %。

　　2.2 微電解法

　　微電解法又稱為內電解法，是基于電化學反應的氧化還原、電池反應產物的絮凝、鐵屑對絮體的電附集、新生絮體的吸附以及床層過濾的綜合作用。微電解法以鐵屑和炭構成原電池，污染物在正，負極上生化學反應，加上原電池自身的電附集、物理吸附及絮凝等作用達到去除污染物的目的。微電解法不消耗能源，處理費用低，使用的鐵屑多來自切削工業(yè)的廢料，具有以廢治廢的意義。微電解法的反應器中堆填鐵屑、顆粒活性炭，它們在廢水中形成無數個微小的原電池，鐵屑為陽極，顆粒炭為陰極，其電極反應為：

　　陽極：

　　Fe -2e→Fe2+   ， Eθ(Fe2+/Fe)=-0.440v

　　陰極：

　　2H+2e → 2H?→ H2 ，  Eθ(H+/H )=-0.000V (在酸性或偏酸性溶液中)

　　當有O2 時：

　　O2+4H++4e? →H2O ，Eθ(O2/H2O) = 1.22V

　　O2+2H2O+4e? → 4OH?， Eθ(O2 /OH? )=0.41V (在中性或堿性溶液中)

　　在陰極產生的新生態(tài)Ｈ·具有較高的化學活性，可將部分大分子有機物轉化為小分子，提高了廢水的可生化性。微電解技術在廢水處理中的應用可分為兩個方面，一是單獨作為一種處理方法氧化有機廢水；二是與其它方法聯用，比如Fenton 法、混凝法、生物法等。

　　2.3 電化學氧化法

　　電化學氧化分為直接氧化和間接氧化兩種，屬于陽極過程。直接氧化是通過陽極氧化使污染物直接轉化為無害物質；間接氧化則是通過陽極反應產生具有強氧化作用的中間物質或發(fā)生陽極反應之外的中間反應，使被處理污染物氧化，最終轉化為無害物質。對于陽極直接氧化而言，如反應物濃度過低會導致電化學表面反應受傳質步驟限制；對于間接氧化，則不存在這種限制。在直接或間接氧化過程中，一般都伴有析出H2 或O2 的副反應，但通過電極材料的選擇和電勢控制可使副反應得到抑制。電化學氧化技術在生活污水和工業(yè)廢水的處理中已有一定的應用研究與工程應用，并取得良好的效果。

　　2.4 電滲析法

　　電滲析(ED)技術是膜分離技術的一種，它是將陰、陽離子交換膜交替地排列于正負電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成除鹽(淡化)和濃縮兩個系統(tǒng)，在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現溶液的濃縮、淡化、精制和提純。電滲析設備主要由電滲析器本體和輔助設備兩大部分組成。電滲析器本體又可分成為膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分，膜堆是電滲析器核心部分。輔助設備包括整流器，水泵，流量計，過濾器，水箱和儀器儀表等。目前為止電滲析技術主要有無極水電滲析技術，無隔板電滲析器，卷式電滲析器，填充床電滲析技術，液膜電滲析，雙極膜電滲析技術等。

　　2.5 電吸附法

　　電吸附技術是吸附劑吸附作用與電化學作用再生吸附劑的聯合技術，是吸附劑吸附與脫附的動態(tài)過程。電吸附技術尚未廣泛應用于實際工程中，但已日益受到研究人員的重視。研究表明，電吸附一方面可以增加活性炭等吸附劑的吸附容量，另一方面可以減少化學再生或熱再生可能產生的二次污染。電吸附的優(yōu)勢為：可吸附去除難生物降解的有機物質；凈化程度好，可用于處理稀溶液體系；能耗小，操作成本低。

　　3. 電化學處理技術的優(yōu)點

　　(1)具有多功能性。電化學技術除可利用電化學氧化還原反應使毒物降解、轉化外，還可用于懸浮物或者膠體體系的相分離等。

　　(2)具有高度的靈活性。電化學技術兼具氣浮﹑絮凝﹑殺菌等多功能，必要時，陰陽極可同時發(fā)揮作用。它既可以做單獨處理工藝使用，也可以與其他處理工藝相結合，如作為前處理，可將難降解有機物或生物毒性污染物轉化為可生物降解物質，從而提高廢水的可生物降解性。

　　(3)無污染或少污染。電化學過程中產生的羥基自由基無選擇的直接與廢水中的有機物反應，將其降解為二氧化碳﹑水和簡單的有機物，沒有或很少產生二次污染。

　　(4)易于控制性。電化學過程一般在常溫常壓下進行，其化學過程的主要運行參數是電流和電位，易于實現自動控制。

　　4. 結語

　　電化學水處理技術，由于其設備小、占地少、運行管理簡單和處理效果好等優(yōu)點，日益受到人們的重視。但由于其在實際運用中尚存在電能消耗高、效果不穩(wěn)定等缺點，使其難于廣泛應用。尋求節(jié)能高效的電化學水處理技術與設備已成為電化學應用技術研究的重要方向。