電化學水處理應用技術在化工生產過程中應用研究進展

楊陸光

摘 要 近年來，我國的化工行業有了很大進展，在化工生產的過程中，節能化為主的電化學水處理技術成為化工生產過程中的主要應用技術。電化學是近年來發展起來的新型污水處理技術，其主要利用電化學的作用原理提高MBR的過濾性能與抗污染性能。本文綜述了電化學水處理應用技術在化工生產過程中應用。

關鍵詞 電化學;水處理;應用技術;化工生產

引言

近年來，隨著社會的高速發展和資源的過度開發利用，水體污染問題在我國乃至世界范圍內尤為突顯，污（廢）水處理已成為當前水環境治理的重點部分。排放標準的日益嚴格使傳統水處理工藝受到新的挑戰。污水處理設備成本高昂，導致目前國內實際運轉用于處理廢水的污水處理廠數量只占已建污水處理水廠的一半。生物處理技術針對一些含有芳香烴衍生物的污染物進行處理的過程中效果并不明顯。而電化學水處理技術作為一種高級的氧化技術在國內外的水處理領域受到了廣泛關注。

1電化學水處理應用技術的種類

1.1 電化學技術在膜-生物反應器

電化學膜-生物反應器是將電化學技術施加到膜生物反應器（Membranebioreactor，MBR）上，作用于活性污泥進而通過對其性質的改變間接地改善MBR的過濾環境，最終達到減緩膜污染的目的。在MBR中引入電化學技術能夠起到的作用有2個：①電極反應產生帶正電的絮凝物質與帶負電的膜污染物質例如胞外聚合物（Extracellularpolymericsubstances，EPS）中的蛋白質通過電荷中和作用而被中和。②電化學作用能改變活性污泥性質、改善MBR的運行環境，進而減緩膜污染。因此，由一個陽極和一個陰極組成的直流電極反應系統已成為緩解MBR中膜污染的一種新型方法[1]。

1.2 電化學脫氮技術

所謂電化學處理技術，指的是在電極或者外加電場的輔助下，在專業的反應容器內發生的一系列物理化學反應，最終實現對廢水污染物的降解效果。電化學處理技術過程中不需要添加任何藥物試劑，同時也不會對環境帶來污染，故被稱為“環境友好型”技術。電解脫氮的時候，溶液內會產生-OH，羥基自由基本身具備很強的氧化性，可以高效去除污水中的雜物。除此之外，溶液中還會產生Cl-，Cl-會發生氧化反應變成Cl2和次氯酸根離子ClO-，Cl2以及ClO-都具有強氧化性，可將污水中的氨氮進行直接氧化去除。電解-生物法組合進行處理時，會在電解產生的H2和污水中NH3的作用下進行反硝化，其中NH3-N是電子供體，NO3-N是電子受體，產物為無毒無味的N2。

1.3 微生物電解池

微生物電解電池（MEC）在MFC的基礎上增加了外電源，其機理是在少量外源存在的情況下，通過某種反應獲取某種化學產物。與MFC相比，因存在外部能源，MEC可更有效地控制微生物生存環境以及發生化學反應所需電化學參數，從而提高反應器動力學和熱力學性能。MEC體系中電化學活性微生物氧化底物并向陽極釋放電子，電子經外電壓電路到達陰極并與電子受體結合，陰極發生還原反應。MEC對常見的有機物和無機物以及難降解物質均能達到理想的處理效果，同時能有效降低能耗。通過對反應器規模和工藝的改進及反應機理的深入研究，MEC在廢水處理領域的發展前景將十分廣闊。

2電化學水處理技術在化工生產領域的應用

2.1 對系統中過濾器進行有效控制

在化學預處理中，增加過濾器可以有效降低水的濁度。目前，我國大多數電廠主要是使用單流式過濾器，一般水流會通過上部的水閥開關流入過濾器，經過過濾再將水排出。如果過濾器產水水質超標，需要對過濾器進行多次反洗。除此之外，還可以通過空氣擦洗與水反洗相結合的方式進行混合清洗，在實施空氣擦洗時，需嚴格控制擦洗時間和壓力，以保證反洗效果。在系統運行過程中，需要通過現場總線獲取備用機位的狀態，另外需要按照有關要求對閥門開關進行閉合，通過產水在線濁度儀的示數，反饋指令到預先設定好的反洗邏輯中，來完成過濾器的自動反洗控制[2]。

2.2 酚類污染廢水的電化學處理技術

含酚廢水是目前國內外水處理領域重點關注的問題。這主要是因為在實際中對含酚廢水進行處理的過程中，整個處理工藝非常復雜，而且實際處理效果也并不明顯。與此同時，含酚廢水來源非常廣泛，而且會對水體造成嚴重污染。而充分利用電化學氧化處理技術能夠實現對含酚廢水的高效處理。通過對電化學氧化水處理技術中電壓、pH進行合理設定后，就能夠將含酚廢水中的酚類物質進行完全揮發，由此就出現了含酚廢水有效處理。

2.3 電極系統與膜生物反應器直接連接

在此系統中，將電極系統內嵌入采用廉價的大孔膜基材構建的動態膜生物反應器中，大孔膜基材的使用不僅能夠大大降低膜組件成本，而且還能極大提高膜通量與緩解膜污染。Liu等人利用低電場作用于以無紡布與滌綸布為膜基材的DMBR，將銅線陰極放置在DMBR組件內部，并將不銹鋼網陽極放置在組件外部來重新構建電化學膜生物反應器，負電荷污泥和EPS被迫直接從膜表面移開，從而延緩膜污染;同時，延長了動態膜的運行周期，還有改善了膜通量。Jiang等人通過利用不銹鋼網為膜基材作為陰極和陽極構建電化學MBR，與不施加電流的對照組對比發現，存在低電場的電化學膜生物反應器在運行60天期間只需要進行兩次膜清洗。然而，無電場的反應器需要進行5次膜清洗，這表明在DMBR中施加低電場可以有效減少膜污染。國內研究者也有相關的報道，張萬友等人通過制作陰極負載動態膜生物反應器，其中電絮凝裝置陰極與不銹鋼動態膜相連，以Fe為陽極，研究結果表明：CLEC-DMBR陰極產生的微小氣泡對于延緩膜污染作用顯著，其穩定運行周期為普通DMBR的2.5倍[3]。

3結束語

綜上所述，電化學水處理系統能量消耗低，反應條件溫和，處理效果明顯，已成為相關領域的研究熱點。相比傳統電化學水處理技術存在的能耗高、作用單一、效率低等缺點，電化學水處理系統都表現出較大優勢。

參考文獻

[1] 任顯明.電化學水處理技術的研究現狀及發展探討[J].化工管理，2019（23）：220.

[2] 靳文星.高頻電化學水處理系統在電廠的應用[J].化工設計通訊，2019，45（6）：216，226.

[3] 張瑞，趙霞，李慶維，等.電化學水處理技術的研究及應用進展[J].水處理技術，2019，45（4）：11-16.