李志華，王琳，曲正寶，陳瑩潔

(濰坊市諸城生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東 濰坊 262200)

0 引言

現(xiàn)階段，我國工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)展迅速[1-2]，但社會在發(fā)展的進(jìn)程中，必然會對自然生態(tài)環(huán)境造成不同程度的影響與威脅，特別在化工生產(chǎn)過程中，其廢水、污水量相對較大，在排放時難免對生態(tài)水體造成一定程度的污染，對整體生態(tài)環(huán)境的發(fā)展極為不利，而且與我國大力提倡的綠色、環(huán)保的發(fā)展理念也不能完全匹配。因此，將電催化氧化技術(shù)應(yīng)用在化工生產(chǎn)污水治理當(dāng)中，不但實(shí)現(xiàn)了化工污水的良性治理，而且維護(hù)了生態(tài)環(huán)境、生態(tài)水體不受影響，為化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)發(fā)展奠定良好的口碑基礎(chǔ)。本文將從電催化氧化技術(shù)入手，結(jié)合電催化氧化設(shè)備使用現(xiàn)狀及該技術(shù)的應(yīng)用予以闡述。

1 電催化氧化技術(shù)的定義

電催化氧化是指在特定電場的作用下生成不同類型的自由基，再通過自由基將污水內(nèi)的有機(jī)物強(qiáng)效分解的過程，該自由基具有活性，同時也擁有極強(qiáng)的氧化能力。將電催化氧化技術(shù)應(yīng)用到化工污染水體中，便是利用其自由基分解有機(jī)物的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)化工污染水體治理的目的，其利用的原理是活性劑與廢水中的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將水中有機(jī)物氧化成為CO2、H2O 或小分子有機(jī)物。在電解過程中，基于其電極材料有所區(qū)別，從作用方式的差異性方面，可將其分為直接電化學(xué)氧化與間接電化學(xué)氧化兩種。

(1)直接電化學(xué)氧化是利用陽極與污染水體發(fā)生氧化反應(yīng)，從而減少水體中污染物的含量，結(jié)合降解程度，可將其劃分為電化學(xué)燃燒與電化學(xué)轉(zhuǎn)化兩種不同類型，其中，電化學(xué)燃燒是將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2與H2O，而電化學(xué)轉(zhuǎn)化是對有毒物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為無毒或低毒物質(zhì)。

(2)間接電化學(xué)氧化是利用電化學(xué)反應(yīng)生成的活性自由基，水體中的污染物與自由基發(fā)生反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)。另外在電解時，如果有氯離子存在，會導(dǎo)致次氯酸鹽的生成，可加速氧化反應(yīng)[3]。間接電化學(xué)氧化法不但具有中間氧化效果，同時也具有陽極直接氧化效果，能夠有效地提高氧化率。

2 電催化氧化技術(shù)的優(yōu)勢

電催化氧化技術(shù)不僅能夠使電極和廢水成分之間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移，還可以通過改變外加電流和電壓來調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，具有很好的可控性。在處理過程中，所生成的自由基會隨機(jī)與污水中的有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，使之分解成二氧化碳、水和簡單有機(jī)物，并且不會造成二次污染，并且在污水排放量不大的情況下，可以做到現(xiàn)場處置。此外反應(yīng)器的裝置和運(yùn)行總體上相對簡單，只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，成本不高。當(dāng)污水中含有大量金屬離子時，使用陰極還原金屬離子的同時，還可以使用陽極進(jìn)行氧化，該過程在進(jìn)行金屬回收與再利用的同時大幅提高處理效率。除此之外，電催化氧化不但能夠獨(dú)立進(jìn)行，而且還可與其他方法組合使用，例如，將其作為預(yù)處理，可改善廢水的可生物降解性，具有氣浮、絮凝、消毒的功能。電催化氧化作為一種清洗技術(shù)，設(shè)備占用空間較少，尤其適用于人口稠密的城市生活，因此電催化氧化技術(shù)具有很大的發(fā)展前景，能夠在綠色環(huán)保領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

3 電催化氧化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前電催化氧化技術(shù)在氧化能力與還原能力方面具有極大提升，不但降低了成本，還增強(qiáng)了適應(yīng)能力，因此該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醛、烴、酚等諸多類型污染物的治理工作當(dāng)中。

(1)在處理化工污水中酚含量較大的廢水時，陽極使用碳孔材料，廢水從碳孔經(jīng)過的過程中，不斷受電解反應(yīng)作用，酚含量便會持續(xù)減少，在26～40 ℃的含酚類廢水中，COD 值為29 000 mg/L，在3.6～4.0 V電壓范圍內(nèi)，COD 驟降到670 mg/L。而在采用石墨作陽極后，苯酚濃度含量由15～100 mg/L 降低至4.7～5.5 mg/L，如表1 所示。其中假設(shè)陽極的表面積為100 cm2，這是一個常見的電極大小，同時，選擇硫酸鈉作為電解質(zhì)，對于石墨的處理溫度和電壓，選擇30 ℃和3.8 V，因?yàn)樗鼈冊谔幚矸宇悘U水的電催化氧化過程中是常見的參數(shù)。

表1 碳孔材料和石墨分別作為陽極在電催化氧化處理化工廢水中的效率比較

(2)若廢水中烴含量相對較高，可通過混凝法、電絮法對其進(jìn)行分解，當(dāng)前電絮法利用的電氣浮法對污染廢水的去油處理具有很好的效果，去油量能到達(dá)到95%左右。若廢水含油量小于150 mg/L，采用電絮法處理，可使廢水含油量下降到10 mg/L，再通過絮凝劑過濾，可使含油量下降到0.7 mg/L。但若碳?xì)浠衔锼苄愿?，則不能得到很好的控制效果，例如，采用隔膜電解陽極處理含苯廢水時，其脫除率僅為12%。

4 電催化氧化污水設(shè)備

4.1 電催化氧化污水設(shè)備的構(gòu)成

電催化氧化污水設(shè)備是由不同功能性的四個設(shè)備組合而成，包括預(yù)催化反應(yīng)器、電源控制柜、催化氧化反應(yīng)器、加藥裝置，同時還配備了水泵。該設(shè)備在工頻電流的作用下，經(jīng)過整流轉(zhuǎn)換成為DC 直流電，再由脈沖回路轉(zhuǎn)換為可調(diào)節(jié)的高電壓矩形脈沖[4-5]。

4.2 電催化氧化污水設(shè)備的電化學(xué)反應(yīng)作用

電化學(xué)反應(yīng)過程中，廢水中的電解質(zhì)會生成具有活性的氫與氧，其自身有非常強(qiáng)的氧化還原效果。當(dāng)活性氫與污水中的染色物質(zhì)相遇，會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，即為脫色反應(yīng)。而活性氧能夠有效地將水中的有機(jī)物快速降解，轉(zhuǎn)換為二氧化碳與水，從而達(dá)到無毒效果。其次，在電流作用下，藥劑在水中充分溶解后，便會生成初生態(tài)的氫氧化物絮體，其具有較強(qiáng)的吸附功能，能夠?qū)⒉蝗苡谒奈廴疚镂剑瑢?shí)現(xiàn)污水凈化。最后，污水經(jīng)過電壓與藥劑的作用后，水解生產(chǎn)羥基自由基，可在水中快速將有機(jī)物降解氧化，達(dá)到污水凈化的效果。該設(shè)備匯集了氧化、還原、混凝的功能，不但實(shí)現(xiàn)了功能多樣化，而且成本低廉、凈化效率高，在現(xiàn)階段頗受青睞。

4.3 電催化氧化污水設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用案例

電催化氧化污水設(shè)備基于自身優(yōu)勢，現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于諸多產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，例如化工醫(yī)藥企業(yè)、鋼鐵冶煉企業(yè)、石油煉制和加工企業(yè)以及工業(yè)園區(qū)污水處理、垃圾填埋場滲濾液處理等諸多行業(yè)的污水處理及其升級改造當(dāng)中。

例如，山東省某機(jī)械加工廠通過運(yùn)用電催化氧化設(shè)備對周邊河道進(jìn)行金屬切削液治理，由于切削液中含有大量的礦物油，若沒有對其進(jìn)行治理控制，便會導(dǎo)致水體污染，甚至魚類病亡[6]。通過電催化氧化設(shè)備治理14 天后，河道生態(tài)有了顯著改善，水質(zhì)也有了明顯提升，如表2 所示。在治理過程中，該廠針對技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用，總結(jié)出下述優(yōu)勢，為同行業(yè)提供參考，第一，其催化電極使用時限相對較長；第二，控制點(diǎn)相對較少，操作極為簡便，氧化全過程僅需要一臺電催化氧化器便可；第三，電催化氧化時間通常在10～20 min左右，大幅減少電能消耗，有助于企業(yè)成本控制；第四，研發(fā)的新型電極表面呈多孔，使得內(nèi)應(yīng)力降低，加之電極壽命相對較長，其對污染物的降解水平有了顯著提升，而且電極沒有鈍化感；第五，能夠適用于多種不同的水體，并且可以同時去除廢水當(dāng)中大量的氨氮等有機(jī)物質(zhì)，其脫色脫毒的效果十分顯著。

表2 電催化氧化設(shè)備對河道處理前后水質(zhì)指標(biāo)變化

5 電催化氧化技術(shù)在化工污染水體治理中的應(yīng)用

5.1 電鍍廢水處理技術(shù)

通常情況下，電鍍廢水中含有大量的重金屬，如：鐵、鎳、鋅、銅等，這些重金屬離子不但會對水體造成嚴(yán)重的污染，而且還會造成大量的資源浪費(fèi)，基于此，可以借助電滲析、離子交換、再電滲析的方法來予以處理，這樣不但能夠減少廢水中的重金屬含量，還能夠有效地回收重金屬。例如，山東省某化工廠在處理廢水時，由于廢水中含有大量的重金屬，其中包括亞硝酸鈉、銅、鉻等，因此，該廠采用了電滲析與離子交換的技術(shù)進(jìn)行污水治理工作，具體操作如下：第一，利用電滲析技術(shù)，將廢水中對氧化和還原反應(yīng)比較敏感的金屬離子予以置換；第二，利用離子交換法，將金屬離子轉(zhuǎn)化成活性物質(zhì)，提高原本不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的離子的活躍性；第三，再采用電滲析技術(shù)，將金屬離子轉(zhuǎn)化為金屬。通過此類技術(shù)組合使用的方式，可以有效地減少污水中的金屬元素含量，并保證金屬得以有效回收與再利用。綜上所述，采用上述方法，該化工廠污染水體治理工作取得了良好的應(yīng)用成效。

5.2 苯胺廢水處理技術(shù)

現(xiàn)階段，諸多有機(jī)化工企業(yè)在生產(chǎn)的時候時常借助酚類物質(zhì)，但是酚本身具有較強(qiáng)的毒性，不但會導(dǎo)致癌癥、畸形的發(fā)生，而且極有可能導(dǎo)致突變，若化工廠產(chǎn)生的含酚廢水被排放到周邊土壤和周邊水體里，那么極有可能會危及到附近居民和動物的生命健康，甚至對植物的生長也會造成一定的負(fù)面影響。因此，我國已經(jīng)針對苯酚工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)出臺了一系列規(guī)定，化工廠廢水處理過程中，可通過改變苯酚pH值、濃度、電解質(zhì)濃度和負(fù)荷電壓，對該廢水進(jìn)行電化學(xué)處理，獲得較好的處理效果。通過大量的實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)電解質(zhì)濃度為22 g/L、pH 為8、加載電壓為5.5 V 時，該方法的治理效果比較好。

5.3 硝基苯廢水處理技術(shù)

硝基苯是一種極其特殊的化合物，不但毒性極強(qiáng)，還會導(dǎo)致癌變、突變，并且極易被生物降解。長期以來，其使用標(biāo)準(zhǔn)都被國家嚴(yán)格控制。對硝基苯廢水的處理也可借助電催化氧化技術(shù)，將活性炭填入電極之間，可將廢水中的硝基苯轉(zhuǎn)化生成能夠生物降解的苯胺。

5.4 酸性廢水處理技術(shù)

化工廠在電鍍操作過程中，通常會出現(xiàn)大量的酸性廢水，其pH 在2～5 之間。這樣的廢水一旦流入到土壤中，就會對土壤結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞，同時對綠色植被的生長造成一定的負(fù)面影響。而采用電催化技術(shù)處理該類廢水，可以實(shí)現(xiàn)90% 以上的廢水回收效果，并且不需要耗費(fèi)大量的堿，可以有效地減少治理污水的成本支出。

6 結(jié)語

綜上所述，應(yīng)用電催化氧化技術(shù)對化工污染水體治理的過程中，水體污染情況得到了合理、有效的良好控制，并對化工企業(yè)本身發(fā)展情況也有極大的促進(jìn)作用。所以，化工企業(yè)務(wù)必要提高對電催化氧化技術(shù)治理污水的有效關(guān)注，并將其廣泛應(yīng)用到污水處理當(dāng)中，以此改善化工廢水污染情況，促進(jìn)我國能夠基于綠色、環(huán)保理念更好發(fā)展。