薛瑞德 畢波 張董平 高旭宏 李森章(山西瑞賽科環(huán)?？萍加邢薰?，山西 交城 030500)

0 引言

我國電力企業(yè)自20 世紀(jì)中后期開始迅速發(fā)展，電解法也由此出現(xiàn)在人們的視野中。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)手段主要是依靠二維平板電極，該反應(yīng)器雖然占位也非常小，但是在傳質(zhì)方面存在很多問題，并且反應(yīng)程度也不是十分靈敏，已經(jīng)不再適用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、國民需求不斷提升背景下的化工生產(chǎn)。此后，各國開始了對電極的研究和設(shè)計(jì)，但就目前中國的發(fā)展局勢和對化工生產(chǎn)的依賴程度來說依然需要不斷改進(jìn)。

1 電化學(xué)水處理應(yīng)用技術(shù)的種類

1.1 電化學(xué)氧化

電化學(xué)水處理技術(shù)主要是通過對電解法的各種利用實(shí)現(xiàn)污染物的處理，最常使用的電解方法就是直接電解和間接電解。直接電解側(cè)重于對氧化還原反應(yīng)的利用，對污染物進(jìn)行氧化或還原，以達(dá)到清除水中雜質(zhì)的目的。間接電解相對于直接電解來說過程比較復(fù)雜，但是工作原理是不變的，依然利用氧化還原反應(yīng)。間接電解的電解過程分為可逆和不可逆。可逆過程就是通過對污染物的處理使其達(dá)到二次使用或循環(huán)使用的標(biāo)準(zhǔn)然后繼續(xù)投入生產(chǎn)過程中，不可逆過程就是通過一系列的化學(xué)反應(yīng)生成氧化有機(jī)物，在此過程中反應(yīng)物本身是不可逆的。

實(shí)際使用中，間接電解法和直接電解法都有具體的使用方法。比如利用間接電解工作原理的內(nèi)電解法，首先利用碳和鐵構(gòu)成能夠正常反應(yīng)的原電池，然后將污染物置于原電池的正負(fù)極上使他們各自發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，再利用原電池的吸附性等特性對雜質(zhì)進(jìn)行處理。這種電解方法投資成本低，使用方法簡單，因此經(jīng)常單獨(dú)處理被氧化過的有機(jī)廢水或者與其他方法結(jié)合起來共同清除其他類型的污染物。再如綜合利用直接電解和間接電解兩種工作原理的電化學(xué)氧化法。

1.2 電凝聚法

電凝聚法是通過不斷增加反應(yīng)系統(tǒng)陽極的外部電壓促進(jìn)陽離子產(chǎn)生，使其與水中的膠狀絮凝物等膠體污染物充分反應(yīng)。陰極隨著陽極陽離子的不斷產(chǎn)生也會(huì)源源不斷的為反應(yīng)提供氫氣。眾所周知，氫氣在一定條件下能夠快速上浮，由此水中懸浮的污染物就與水體隔離開，實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)廢水的凈化。雖說凈化效果有所提高但反應(yīng)過程需要消耗很多電能，因此電凝聚法在化工生產(chǎn)廢水方面的應(yīng)用受到了極大限制。

1.3 電滲析

電滲析法所使用的技術(shù)手段相對是比較高的，該方法需要在直流電廠的作用下，通過離子交換膜實(shí)現(xiàn)水處理過程中離子的交換和遷移，充分發(fā)揮離子的選擇透過性。二十世紀(jì)六十年代開始，電滲析法在電化學(xué)水處理方面的應(yīng)用價(jià)值被逐漸挖掘，這種方法的工作原理主要是阻止溶質(zhì)透過半透膜，提高水中雜質(zhì)的過濾程度并通過跨膜滲透壓差為水通過分離膜提供動(dòng)力，顯著提高了分離效率。目前來說，電滲析法在我國的應(yīng)用前景是非常廣闊的。除此以外，電滲析法的使用實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)水處理由低壓操作到無壓操作的轉(zhuǎn)換，有效減少了水處理過程中的能量損耗，有利于企業(yè)貫徹落實(shí)國家環(huán)保及節(jié)能減耗政策。近年來世界各國相繼投入大量資金深入挖掘電滲析法在電化學(xué)水處理方面的更多可能性。

2 電化學(xué)水處理技術(shù)在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 持久性有機(jī)污染物污水處理技術(shù)

化工廢水中含有很多重金屬，如果直接排放，廢水中的硫酸根離子在擴(kuò)散過程中就會(huì)分離出硫離子，與水中的各種物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，特別是金屬元素，導(dǎo)致大范圍水域被污染并具有較高的毒性。用一般的方法對這些持久性強(qiáng)且有毒的有機(jī)污染物進(jìn)行處理是非常困難的，結(jié)合電化學(xué)處理技術(shù)能夠使難度系數(shù)大大降低。例如，電化學(xué)氧化反應(yīng)通常需要借助催化劑進(jìn)行輔助，在化學(xué)結(jié)構(gòu)中能夠生成大量的具有氧化作用的羥基，迅速分解持久性有機(jī)污染物。催化作用強(qiáng)的催化劑還能夠繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)改變有機(jī)物污染物的性質(zhì)，降低化工生產(chǎn)廢水的毒性。

2.2 含酚廢水的電化學(xué)處理技術(shù)

化工生產(chǎn)中含酚廢水的處理是近年來水處理領(lǐng)域炙手可熱的研究課題，主要原因是在傳統(tǒng)技術(shù)的處理中含酚廢水的處理過程是非常復(fù)雜的，并且處理效果不理想，依然會(huì)對周圍水質(zhì)產(chǎn)生污染。電化學(xué)處理技術(shù)的使用可有效解決這一問題，利用電化學(xué)的氧化反應(yīng)，根據(jù)水中酚類物質(zhì)含量的高低調(diào)整設(shè)備電壓及PH 值，就能夠輕松地清除化工生產(chǎn)廢水中的所有酚類物質(zhì)。氯苯酚濃度參數(shù)隨電化學(xué)處理時(shí)間的變化如表1 所示。

表1 氯苯酚濃度參數(shù)隨電化學(xué)處理時(shí)間的變化

2.3 硝基苯類化合物廢水處理技術(shù)

硝基苯類化合物是化工廢水中最令人頭疼的一種物質(zhì)，一般的水處理技術(shù)是很難降解該物質(zhì)的。在電化學(xué)水處理技術(shù)中，DSA 通常作為催化系統(tǒng)的陽極。操作人員只需要保證反應(yīng)過程中電流密度的準(zhǔn)確就可以大大提高硝基苯類化合物的降解率。目前我國硝基苯類化合物的降解率已經(jīng)能夠達(dá)到世界先進(jìn)水平，見表2。

表2 廢水主要污染物濃度

3 電化學(xué)水處理技術(shù)在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展前景

一般的企業(yè)在進(jìn)行水處理時(shí)往往會(huì)使用過濾性能高的設(shè)備，嚴(yán)格控制設(shè)備系統(tǒng)中微生物、細(xì)菌及污染物雜質(zhì)的含量。電導(dǎo)率儀還能對冷卻塔及冷卻水的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤和檢測，智能判斷冷卻塔中是否需要注入新水和是否需要打開排污通道。當(dāng)然要想加快電化學(xué)水處理的效率，提高水處理的質(zhì)量或多或少還需要依靠化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行輔助。

電化學(xué)技術(shù)的使用增加了無毒污染物轉(zhuǎn)化的可能，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)各種細(xì)菌、雜質(zhì)的分離，還能夠自動(dòng)控制設(shè)備內(nèi)部的細(xì)菌生長，增加了多項(xiàng)實(shí)用功能。如果有需要，電化學(xué)的陰陽兩極還能夠同時(shí)作用。此外，電化學(xué)技術(shù)的使用標(biāo)準(zhǔn)很低，常溫常壓下即可，并且其運(yùn)行的主要條件是電流和電位的大小，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)工作及設(shè)備各方面的自主控制也是其一大優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，電化學(xué)技術(shù)的使用不需要投入大量的化學(xué)試劑，既減少了處理成本，又加快了處理速率，就其優(yōu)勢而言，未來的發(fā)展前景是非常廣闊的。

盡管如此，現(xiàn)階段某些電化學(xué)技術(shù)的使用依然有很多限制條件，因此接下來的電化學(xué)技術(shù)研究應(yīng)注重解決實(shí)際問題。比如開發(fā)低價(jià)高效的電極材料、設(shè)計(jì)一體化便捷有效的反應(yīng)器，研究以可再生能源為主的反應(yīng)裝置等。

4 結(jié)語

綜上所述，雖然目前電化學(xué)水處理技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)有了很大進(jìn)步，但是目前為止該技術(shù)還具有很多的不穩(wěn)定性，如處理質(zhì)量的不穩(wěn)定等，并且還沒有真正實(shí)現(xiàn) 節(jié)能減耗的目標(biāo)。因此，在電化學(xué)水處理技術(shù)的探索道路上我們還需要不斷奮斗。