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電解法在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用

      （一）功能和原理

      電解法指在直流電場(chǎng)的作用下，利用電極上產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)，去除廢水中的污染物的方法。用來(lái)進(jìn)行電解的裝置叫電解槽，在其中陰極與電源負(fù)極相連接，陽(yáng)極與電源正極相連接。陽(yáng)極能接納電子，起了氧化劑的作用；陰極能放出電子，起了還原劑的作用。

      電解槽的陽(yáng)極分為可溶性陽(yáng)極與不溶性陽(yáng)極兩類(lèi)。不溶性陽(yáng)極是用鉑、石墨制成的，在電解過(guò)程中自身不參與反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用；可溶性陽(yáng)極是用鐵、鋁等可溶性金屬制成的，在電解過(guò)程中自身溶解，金屬原子失去電子被氧化成陽(yáng)離子進(jìn)入溶液，這些陽(yáng)離子或沉積于陰極，或形成金屬氫氧化物，可作為混凝劑，起凝聚作用。

      （二）常用的電解法

      廢水處理中常用的電解法有以下幾種：①電化學(xué)氧化法；②電化學(xué)還原法；③電解凝聚法；④電解氣浮法。

      ①電化學(xué)氧化法

      電解槽的陽(yáng)極既可通過(guò)直接的電極反應(yīng)過(guò)程，使污染物氧化破壞（如CN^-的陽(yáng)極氧化），也可通過(guò)某些陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物（如Cl₂、CIO^-、O₂、H₂O₂等）間接地氧化破壞污染物（例如陽(yáng)極產(chǎn)物Cl₂除氰、除色）。實(shí)際上，為了強(qiáng)化陽(yáng)極的氧化作用，往往投加一定量的食鹽，進(jìn)行所謂的“電氯化”，此時(shí)陽(yáng)極的直接氧化作用和間接氧化作用往往同時(shí)起作用。

      電化學(xué)氧化法主要用于去除水中氛、酚，以及COD、S^2-、有機(jī)農(nóng)藥（如馬拉硫磷）等，亦有利用陽(yáng)極產(chǎn)物Ag^＋離子進(jìn)行消毒處理的。下面介紹兩種電解氧化法處理廢水的例子。

      （a）電解氧化法處理含氰廢水

      電解含氟廢水時(shí)，CN^-可在陽(yáng)極直接被氧化，其電極反應(yīng)分兩步進(jìn)行：第一步將CN^-氧化為CNO第二步將CNO^-氧化為N₂和CO₂。電解氧化法除氰的作用原理，類(lèi)似堿性氯化法處理含氛廢水。反應(yīng)在適當(dāng)?shù)膲A性條件下（pH為9~10）進(jìn)行，有助于劇毒的氯化氰的水解。

      電解處理含氰廢水時(shí)，通常要往廢水中添加一定量（2-3g/L）的食鹽。食鹽的加入，不僅使溶液導(dǎo)電性增加而且Cl^-離子在陽(yáng)極放電，可產(chǎn)生氯氧化劑，強(qiáng)化了陽(yáng)極的氧化作用。

      電解氧化法除氰時(shí)，陽(yáng)極可用石墨或涂二氧化鈦的鈦材，陰極可用普通鋼板，電流密度一般在9A/dm?以下。為防止有害氣體逸人大氣，電解槽應(yīng)采用全封閉式。采用電解法處理含氰廢水，可使游CN^-濃度降至0.1mg/L以下，并且不必設(shè)置沉淀池和泥渣處理設(shè)施。

      （b）電解氧化法處理含酚廢水

      電除酚通常都投加食鹽，以強(qiáng)化氧化過(guò)程，并降低電耗。據(jù)試驗(yàn)，食鹽的投量為20g/L，電流密采用1.5-6A/dm²時(shí)、經(jīng)6~38min電解處理，廢水含酚濃度可從250-600mg/L降至0.8-4.3mg/L。電解精的陰極可使廢水中的重金屬離子還原出來(lái)，沉淀于陰極（稱為電沉積），加以回收利用，還可將五價(jià)砷（AsO₃^-或AsO₄^-）及六價(jià)鉻（CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-）分別還原為砷化氫AsH₃及Cr^2-予以去除或回收。下面介紹兩種電化學(xué)還原法處理廢水的例子。

      ②電化學(xué)還原法

      （a）電解還原法處理含鉻（V）廢水

      鉻（V）通常以Cr₂O₇^2-的形態(tài)存在于廢水中，在直流電作用下，向陽(yáng)極遷移，被鐵陽(yáng)極溶蝕產(chǎn)物Fe^2＋離子所還原。此外，陰極還可以直接還原一部分六價(jià)鉻。由于H^＋離子在陰極放電，使廢水的pH逐漸提高、Cr^3＋和Fe^3＋便形成Cr(OH)₃，及Fe(OH)₃沉淀。生成的氫氧化鐵有凝聚作用，能促進(jìn)氫氧化絡(luò)迅速沉淀。據(jù)研究，對(duì)于六價(jià)鉻的還原來(lái)說(shuō)，亞鐵離子的還原作用是主要的，而陰極的直接還原作用是次要的（約占百分之幾），因此，必須采用鐵為陽(yáng)極材料。當(dāng)用壓縮空氣進(jìn)行攪拌時(shí)，空氣中的氧要消耗部分亞鐵離子，因此，空氣注入要嚴(yán)格控制，或采用其他攪拌方法。

      電化學(xué)還原法處理含鉻廢水，操作管理比較簡(jiǎn)單。處理效果穩(wěn)定可靠，含鉻電鍍廢水的六價(jià)鉻含量可降至0.1me/L以下：水中其他重金屬離子亦可通過(guò)還原和共沉淀作用得到部分去除。當(dāng)原水含鉻在100mg/L以下時(shí)，采用電解法的處理費(fèi)用不高于化學(xué)還原法。但此法主要缺點(diǎn)是鋼材耗量較大，污泥處理及利用問(wèn)題尚未完全解決。

      （b）電沉積法去除與回收廢水中的重金屬離子

      廢水中的許多重金屬離子，如Cu^2＋、Ag^＋、Au^3＋、Ni^2＋、Cd^2＋、Hg^2＋等，都可用電解法在陰極沉積析出。如某含銅3360mg/L的廢水，電流密度采用3A/dm²，經(jīng)10min電解，水中含銅可降至10mg/L以下。又據(jù)實(shí)驗(yàn)，某含銀3-5g/L的電鍍廢水，電流密度采用0.3A/dm²，經(jīng)循環(huán)電解出水含銀為0.6g/L。如欲將金屬離子含量降至更低，則會(huì)由于電流效率很低而不經(jīng)濟(jì)。

      ③電解凝聚法

      電解凝聚（亦稱電混凝）是以鋁、鐵等金屬為陽(yáng)極，在直流電的作用下，陽(yáng)極被腐蝕，產(chǎn)生Al^3＋、Fe^2＋等離子，再經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過(guò)程，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而得以分離。同時(shí)，帶電的污染物顆粒在電場(chǎng)中向電極移動(dòng)，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)凝聚。

      廢水進(jìn)行電解凝聚處理時(shí)，用鋁電極比鐵電極好，因?yàn)樾纬?Fe(OH)₃，絮凝體要先經(jīng)過(guò)Fe(OH)₂,故比較慢，而形成A1(OH)₃則快得多。為了降低成本，可用廢鐵板及廢鋁板作電極。

      廢水進(jìn)行電解凝聚處理時(shí)，不僅對(duì)膠態(tài)雜質(zhì)及懸浮雜質(zhì)有凝聚沉淀作用，而且由于陽(yáng)極的氧化作用和陰極的還原作用，能去除水中多種污染物。根據(jù)試驗(yàn)，用電解凝聚法處理紙廠廢水，電極采用鐵板，槽電壓為10-20V，電解時(shí)間為10~15min。該廢水的COD高達(dá)1500 ~2000mg/L，色度也很高。經(jīng)處理后，COD 去除率為55%-70%，色度去除率為90%~95%。

      電解凝聚比起投加凝聚劑的化學(xué)凝聚來(lái)，具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：可去除的污染物廣泛，反應(yīng)迅速（如陽(yáng)極溶蝕產(chǎn)生Ar^3＋離子并形成絮凝體只需約0.5min)；適用的pH范圍廣，所形成的沉渣密實(shí)，澄清效果好。該法的缺點(diǎn)是極板消耗大量金屬，電耗也較高。

      ④電解氣浮法

      電解氣浮法的原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)以及優(yōu)缺點(diǎn)等將在后續(xù)的氣浮法中予以詳細(xì)介紹。

      （三）電解的運(yùn)行管理

      1.控制極板的間距 極板間距一般約為30～40mm，過(guò)大則電壓要求高，電耗大；過(guò)小不僅安裝不便，而且極板材料耗量高。

      2.控制槽電壓電能消耗與電壓有關(guān)，槽電壓取決于廢水的電阻率和極板間距。一般廢水的電阻控制在12009·cm。對(duì)于導(dǎo)電性能差的廢水要投加食鹽，以改善導(dǎo)電性能。投加食鹽可以降低電壓，使電能消耗減少。

      3.控制電流密度 廢水中污染物濃度較大時(shí)，可適當(dāng)提高電流密度；反之則可降低電流密度。當(dāng)水中污染物濃度一定時(shí)，電流密度越大，則電壓越高，處理速率加快，但電能消耗量增加，且副反應(yīng)數(shù)量增加。適宜的電流密度由實(shí)驗(yàn)確定，選擇污染物去除效率高且耗電量低的點(diǎn)作為運(yùn)行控制的指標(biāo)。

      4.控制電解槽的pH 不同的污染物進(jìn)行電解處理時(shí)，有不同的最佳pH范圍，因此應(yīng)該嚴(yán)格控制電解槽的pH。

      5.攪拌可以促進(jìn)離子的對(duì)流與擴(kuò)散，減少電極的濃差極化現(xiàn)象，并能起清潔電極表面的作用，防止沉淀物在電解槽中沉淀，通常采用壓縮空氣對(duì)電解槽進(jìn)行攪拌。

      6.注意觀察極板的腐蝕和鈍化現(xiàn)象，做到及時(shí)更換或清潔極板。

      7.電解操作間應(yīng)保證有良好的通風(fēng)效果，操作人員注意用電安全。

      結(jié)語(yǔ)：

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