化工污染廢水治理中采用電催化氧化技術(shù)的研究進(jìn)展

水處理網(wǎng)訊:摘要：電催化氧化技術(shù)具有易操作、成本較低、廢水處理效率較高的優(yōu)勢，因此，被廣泛地應(yīng)用在化工水體污染治理工作中。就此，本文簡析了電催化氧化技術(shù)，探析了電催化氧化技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)論述了電催化氧化技術(shù)在化工污染水體治理中的應(yīng)用，以期為化工水體污染治理工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：電催化氧化技術(shù)；化工；污染水體治理；應(yīng)用

引言

化工企業(yè)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有促進(jìn)作用，并為人們的生產(chǎn)與生活提供了極大的便利。但在化工企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營過程中，常會出現(xiàn)水體污染情況，這不僅會造成水資源浪費(fèi)，還會對自然環(huán)境造成一定的破壞，不利于我國的可持續(xù)性發(fā)展。因此，需對化工水體污染進(jìn)行科學(xué)、有效的治理，以減少水資源污染與浪費(fèi)。電催化氧化技術(shù)是目前我國治理化工水體污染的常用方法，它具有工藝靈活、反應(yīng)裝置較為簡單的特點(diǎn)，因此，受到較多化工廠的青睞。

1.電催化氧化技術(shù)概述

電催化氧化即指在特定電場作用下產(chǎn)生各種自由活基，將水體中的有機(jī)物在電極表面進(jìn)行分解的過程。此種活性自由基具有較強(qiáng)的氧化性能，在化工污染水體治理中應(yīng)用電催化氧化技術(shù)時，主要利用此種活性自由基來降解污染水體中的有機(jī)物，從而起到治理化工水體污染的作用。電催化氧化技術(shù)治理化工水體污染的原理為通過活性基于廢水中含有的有機(jī)物產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，使水中有機(jī)物氧化為CO2和H2O或者降解為小分子有機(jī)物。在電解過程中，由于電極材料不同，所產(chǎn)生的作用方式也不同，可主要分為以下兩種：一，直接電化學(xué)氧化；二，間接電化學(xué)氧化。

1.1直接電化學(xué)氧化

直接電化學(xué)氧化主要是通過陽極與污染物的氧化還原反應(yīng)來降低水體中的污染物，根據(jù)降解程度的不同，可將其劃分為兩種，分別是電化學(xué)燃燒與電化學(xué)轉(zhuǎn)化。電化學(xué)燃燒主要是將有機(jī)物完全轉(zhuǎn)化為CO2和H2O；電化學(xué)轉(zhuǎn)化主要是將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)或低毒物質(zhì)。

1.2 間接電化學(xué)氧化

間接電化學(xué)氧化通過借助電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的活性基團(tuán)來與污染物作用，從而將其轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)。活性基團(tuán)不僅可作為電子交換的中間體，還可作為專用催化劑，在電化學(xué)氧化過程中，活性基團(tuán)可產(chǎn)生·O2、·OH、HO2·等中間體來氧化水體污染物，以降低水體污染物含量。此外，在電解過程中，若是存在氯離子，則可產(chǎn)生次氯酸根，從而加快氧化反應(yīng)。間接電化學(xué)氧化既有中間體氧化作用，又有陽極直接氧化作用，因此，氧化效率可得到有效的提升。與此同時，這些基團(tuán)具有較強(qiáng)的活性，一般情況下，所產(chǎn)生的有機(jī)物氧化降解反應(yīng)時不可逆的過程，只有在通電情況下才能產(chǎn)生這些活性基團(tuán)，電流中斷時這些基團(tuán)便會消失。

2.電催化氧化技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 電催化氧化技術(shù)研究

在20世紀(jì)20年代，電催化氧化技術(shù)并未引起人們的重視，當(dāng)節(jié)能要求提出之后，人們開始重視電氧化催化技術(shù)的研究與應(yīng)用，這有力地推動了電催化電極的發(fā)展。在電化學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展過程中，人們一開始是將金屬作為陽極，這種電極的導(dǎo)電性較好，但在產(chǎn)生電解反應(yīng)的過程中，易出現(xiàn)溶出現(xiàn)象，從而造成陽極過度損耗，導(dǎo)致溶液中產(chǎn)生新的雜質(zhì)。此后，人們便用惰性電解作為陽極，這種電極在反應(yīng)過程中雖不會引入新的雜質(zhì)，但此種電極的電催化活性較低，治理水體時所需的時間較長且效率較低[1]。在1963年，H·Bccer發(fā)明了DSA電極，此種電極具有較好的不溶性、催化活性及穩(wěn)定性，由此，受到了電化學(xué)技術(shù)相關(guān)研究者的喜愛。近年來，國內(nèi)外許多環(huán)保工作者對電催化氧化技術(shù)治理水體污染進(jìn)行了深入的研究，并在此方面獲得了一定的成績。像是利用Fe電極治理紡織廢水；利用陽極擴(kuò)散電極、PbO2電極及Pb電極來降解水體中的四氯苯胺、苯胺；利用Ti/Pt/Ir 電極與Ti/Pt電極治理廢水中的有機(jī)胺。通過實(shí)驗(yàn)證明，電催化氧化可有效降解或去除廢水中的有機(jī)物，具有較好的應(yīng)用前景。

2.2 電催化氧化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段電催化氧化技術(shù)因具有較強(qiáng)的還原能力與氧化能力、適應(yīng)性較好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在含酚、醇、烴、染料、醛等有機(jī)污染物的處理方面上。在含酚的廢水中，可使用孔碳材料作為陽極，當(dāng)有機(jī)廢水通過碳孔時，在電解反應(yīng)的作用下，可將廢水中含有的酚與其他有機(jī)物去除掉。如：在溫度為26~40℃的含酚廢水中，COD的值為29000mg/L，電壓為3.6~4.0V，當(dāng)電流為6安培時，COD的值降到670mg/L。在用石墨作為陽極進(jìn)行反應(yīng)之后，酚濃度從原來的15~100mg/L下降到4.7~5.5mg/L。本實(shí)驗(yàn)處理前后的對比，如下圖1。

在含烴的廢水中，常有的處理方法除混凝法、吸附法之外，還有電氣浮法與電絮凝法，此兩種方法的去油量可達(dá)到92%~95%，而對于含油量不超過150mg/L的廢水，經(jīng)這兩種處方法處理之后，廢水中的含油量則可下降到10mg/L，若是再進(jìn)行混凝劑過濾，含油量則可下降到0.7mg/L。但對于水溶性較強(qiáng)的烴類化合物，治理效果并不是很理想，如：在含苯的廢水中，使用隔膜電解陽極來進(jìn)行廢水處理，去除率只能達(dá)到12%。因此，現(xiàn)狀常用石墨構(gòu)成的固定床電解來進(jìn)行廢水處理。

圖1：含酚類廢水處理結(jié)果對比圖

在含有染料的廢水中，可使用具有不溶性的NaCl電極進(jìn)行電解脫色。此外，還可使用復(fù)級性固定床電極與活性炭纖維來處理顏料廢水，這兩種電解方法的脫色率一般可達(dá)到60%~90%。

3.電催化氧化技術(shù)在化工污染水體治理中的應(yīng)用

3.1 電鍍廢水的處理

在電鍍廢水中通常含有銅、鋅、鎳、鎘等重金屬離子，此種廢水不僅會造成資源浪費(fèi)，還會造成環(huán)境污染。對于此類型的廢水可采用電滲析+離子交換+電滲析組合的工藝來進(jìn)行處理，此種處理工藝不僅可提高重金屬的回收利用率，還可有效降低廢水中的重金屬含量[2]。此外，對于含鉻量較高的電鍍廢水，可采用電滲析法來回收水中的Cr6+離子。

例如：在某化工廠在對廢水進(jìn)行處理時，考慮到廢水中含有較多的鉻離子、銅離子、亞硝酸鈉等重金屬化合物且CDA值較高的情況，就此，該工廠采用電滲析+離子交換+電滲析組合的工藝，進(jìn)行廢水治理。具體的操作步驟如下：一，采用電滲析法，將水中易發(fā)生氧化還原反應(yīng)的金屬離子置換出來；二，采用離子交換法，將不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的金屬離子轉(zhuǎn)化為易發(fā)生反應(yīng)的金屬離子化合物；三，采用電滲析法，將金屬離子轉(zhuǎn)化為金屬。通過此種處理工藝，可有效降低廢水中金屬含量，大大提高金屬的回收利用率。該化工廠處理前后的水質(zhì)指標(biāo)，詳見圖2。

3.2 苯酚廢水的處理

在有機(jī)物化學(xué)工廠進(jìn)行工業(yè)制造時，常會用到酚類化合物。但酚具有較強(qiáng)的致突變、致畸、致癌等毒性，若是其污染到土壤與水資源之后，將會對人與動物的生命造成威脅，并會影響植物的生長。因此，我國對含酚工業(yè)廢水排放具有嚴(yán)格的排放要求。對此類的廢水處理，可通過改變苯酚的初始濃度、負(fù)載電壓、電解質(zhì)濃度、pH值等影響因素，對苯酚廢水進(jìn)行電化學(xué)處理。通過對有關(guān)苯酚廢水的電化學(xué)處理實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)載電壓為5.5V、pH值為8、電解質(zhì)濃度為22g/L是處理苯酚廢水的最適宜條件[3]。

3.3 硝基苯廢水的處理

硝基苯化合物屬于劇毒物質(zhì)，具有生物難降解性、致突變性、致癌性，是我國重點(diǎn)控制的有害物質(zhì)。對此類的廢水處理，可采用電催化反應(yīng)進(jìn)行處理，具體操作如下：在電極間，采用活性炭進(jìn)行填充；之后，將廢水中的硝基苯轉(zhuǎn)換為生物易降解的苯胺[4]。

3.4 酸性廢水的處理

在工廠進(jìn)行電鍍時，常會產(chǎn)生許多酸性廢水，此種廢水的pH值一般在2~5。在酸性廢水流到土壤之中時，會破壞土壤結(jié)構(gòu)，不利于植物的生長。對于此類的廢水處理，可采用電催化進(jìn)行處理，此種處理方法的廢水回收率可達(dá)到90%，且此種處理方法的應(yīng)用成本較低，不需消耗大量的堿。

4.結(jié)語

電催化氧化技術(shù)在化工水體污染治理中的應(yīng)用，不僅可降低水資源污染，還可促進(jìn)化工企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，具有較好的應(yīng)用價值。在使用電催化氧化技術(shù)時，還應(yīng)根據(jù)化工企業(yè)的廢水中主要含有的化合物、企業(yè)的實(shí)際情況，選擇相應(yīng)的處理方法，以確保可達(dá)到良好的水體污染治理效果。

原標(biāo)題:化工污染廢水治理中采用電催化氧化技術(shù)的研究進(jìn)展