几种常用电化学方法治理废水的反应机理

汇报人：CXY日期：2015.12.17（三）治理废水的反应机理几种常用电化学方法电化学方法治理废水或污水，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，用电还原法处理重金属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、成本高及电解时析氧、析氢或析氯气不安全的缺点。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，为电化学方法在治理废水方面的应用开辟了很好的前景。

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、电化学反应过程或物理过程，产生大量的自由基，利用自由基的强氧化性对废水中的污染物进行降解的过程。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。用于废水处理的电化学方法有电解法（氧化或还原）、电气浮法、电凝聚法和电渗析法等。电化学方法已应用于电镀废水、化工废水、染料废水、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。

1、内电解法处理废水内电解法也称原电池法或腐蚀电池法，通常是以颗粒炭、煤渣或其它导电惰性物质为阴极，铁屑为阳极，废水中导电电解质起导电作用构成原电池。阳极反应为：Fe-2e-

Fe2+

阴极反应为：酸性条件下2H++2e-H2↑

碱性或中性条件下O2+2H2O+4e-4OH-

电解质中反应：Fe2++2H2O=Fe(OH)2+2H+

H++Fe(OH)2+O2Fe(OH)3

Fe2+具有较强的还原作用，可使废水中的某些氧化性组分还原，同时Fe(OH)2和

Fe(OH)3还具有絮凝和吸附作用。原电池的微电流也有直接氧化还原作用，还能刺激水体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，能去除多种污染成分降低COD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，处理废水量少，反应柱易堵塞，对高浓度废水处理比较困难，且反应操作弹性较差。

2、电解絮凝法处理废水

该法采用可溶性阳极如Fe、Al等金属板，在外加直流电压的作用下，金属阳极氧化溶解，生成金属离子Fe2+、

Fe3+、Al3+，这些离子与水中OH-作用生成Fe(OH)2、

Fe(OH)3与Al(OH)3氢氧化物沉淀物，最后这些沉淀物吸附、絮凝废水中的污染物。在废水中有有机酸时，则能生成铁、铝等的有机酸化物，同样能起絮凝作用。

阳极反应为：Fe-2e-Fe2+

Fe-3e-Fe3+副反应：H2O-2e-O2+2H+

阴极反应为2H++2e-H2↑

溶液中反应：Fe2++2OH-Fe(OH)2Fe3++3OH-Fe(OH)3

2Fe(OH)2+H2O+O22Fe(OH)3

阳极产生原子氧，阴极产生原子氢，还能起氧化还原作用，气体能起到气浮作用。用该法直接处理染料废水及较高浓度印染废水，脱色率达95%~100%，COD去除率为40%~80%。

该方法具有处理效果好、占地面积小、设备简单、操作方便等优点，但也存在阳极金属消耗量大、需要大量盐类作辅助药剂、能耗大、运行费用较高等缺点。

3、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颗粒、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，达到分离净化的目的。与常用的加压溶气气浮法相比，有以下特点：①电解产生的气泡微小约8~15µm，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阳极过程中阳极表面会产生中间产物（如羟基自由基、原生态氧），它们对有机物有一定的氧化作用。③工艺装置紧凑，占地面积少。

4、电化学氧化法处理废水

电氧化法可分为直接氧化法和间接氧化法。直接氧化法是利用阳极的高电势氧化降解废水中无机或有机物质；间接氧化法则是利用阳极氧化产物的氧化性，氧化降解废水中无机或有机物质。

4.1直接氧化法

已用此法氧化降解无机污染物（如含CN-废水、含NH4+和含硫废水等），对有机物的氧化降解（如降解燃料、酚、苯醌、喹啉）以及造纸、皮革垃圾填埋场渗滤液等各种废水。如电镀工业废水中的CN-可用该法处理，尤其是高浓度废水（含CN-

1g/L）处理成本比直接加氧化剂H2O2、NaClO等更经济。在碱性条件下CN-的电氧化反应：

CN-

+2OH-CNO-+H2O+2e-Ɛ0=—0.94V

2

CNO-+4OH-2CO2↑+N2↑+2H2O

4.2间接氧化法间接氧化法是在阳极反应过程中，先生成具有较强氧化性的化学活性物质，再利用这些物质对难降解物质进行氧化分解，Cl2、ClO-、Ag2+、Co3+和Fe3+等均可作为有机物的氧化中介，其还原电势越负，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。

5、电还原法处理废水

电还原法主要用于重金属的回收和氯代烃还原脱氯。

5.1重金属回收

阴极还原法可从废水中回收重金属，由于废水中重金属离子浓度一般很低，能耗较大，可用旋转桶电极、金属网电极、多空三维电极或填充式流化床等方法，增加电极与废水中金属离子吸附、网捕作用，提高传质速度和还原效率。阴极材料可用石墨颗粒、石墨纤维、金属毛或碳纤维。5.2氯代烃还原脱氯

氯代烃中的氯不仅可以通过阳极氧化法被.OH取代，还可以通过阴极还原法被H+取代，其反应过程如下：

RCl+H++2e-RH+Cl-

氯代烃毒性大，而还原产物烷烃毒性很低，增加了生物可降解性，减少了对环境污染的危害。

6、电渗析法处理废水

电渗析技