電化學水處理技術的研究進展與應用現狀

李思琪

(沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110168)

隨著電力企業的迅速發展，電化學水處理技術的發展也逐漸成為電力領域不可或缺的一種新型技術，對人類社會發展起到了重要作用，因此得到人們廣泛關注。電化學法是一種高級氧化技術，具有氧化能力強、工藝靈活、易實現自動化等優點，目前電化學氧化、電絮凝、電滲析等工藝在處理難降解廢水等領域已經獲得一定的研究成果且得以廣泛應用，但是在飲用水處理領域還有所欠缺。近年來在處理飲用水方面的研究也逐漸開展，尤其是對于電化學氧化法的運用。

1 電化學水處理技術的分類

1.1 電化學氧化水處理技術

電化學氧化法分為直接氧化和間接氧化2種。直接氧化，也就是使水中的污染物直接在陽極上失去電子發生氧化，以此達到處理效果。而間接氧化則比直接氧化過程復雜，是利用溶液中的Fe2+、Cl-等離子在陽極失去電子生成強氧化性物質，如羥基自由基、活性氯等，進而將溶液中的污染物通過氧化去除。一般情況下，2種方式同時存在并起作用。大部分飲用水處理的研究都是利用電化學氧化這一技術來實現。如，李軍幸等進行了微電解法去除地下水中鐵錳離子的試驗發現，羥基自由基對鐵錳的去除起到很大作用，水中鐵錳得到了一定的去除，這為電解-過濾法除高錳地下水提供了一定依據。

目前電化學氧化水處理技術是一種最為常見的電化學水處理技術，可以解決常規水處理技術不易解決的水處理方面的難題，同時也是一種可以實現污染物超低排放要求的水處理技術，也對構建“碳中和”水處理技術模式具有很重要的研究意義，是電化學氧化未來的研究方向。

1.2 電絮凝水處理技術

電絮凝法的作用原理是在電解過程中可溶性陽極極板失電子，在電極表面產生大量的金屬陽離子，與在陰極的電子產生的OH-發生聚合反應，生成多核羥基絡合物及氫氧化物，二者作為絮凝劑，使水中的懸浮物和有機物通過絮凝作用去除。此過程與傳統的絮凝過程相似，但電解絮凝的效果更好。

電絮凝水處理技術現今被廣泛應用于污廢水處理領域，尤其是工業污水，如制革、印染、電鍍等污水，多用來廢水預處理和二級出水處理中去除懸浮性顆粒物質、重金屬等。但是在給水處理領域卻很難得到應用，主要原因是給水水質要求高，電絮凝技術在水處理過程中會產生起作用的金屬陽離子，金屬離子進入水中很可能產生二次污染，所以此方法并不是很適合用于給水處理領域。另外，電絮凝水處理技術一般與生物法和其它處理技術相結合以達到處理的目的，電絮凝技術在運行過程中會損耗大量電能并產生電極的損耗，同時也會造成二次污染，這也是限制電絮凝法大規模廣泛應用的主要原因。所以，未來電絮凝水處理技術的研究方向主要是減少電極損耗，提高電極效率，或者與其它處理技術耦合用以提高處理效率或處理具有更高水質要求的飲用水。

1.3 電氣浮水處理技術

電氣浮水處理技術主要是利用電解作用，在直流電場的作用下在陰極和陽極的表面產生許多微小的氣泡，在這些微小氣泡上浮的過程中帶走水中的部分懸浮物質和油類，使其懸浮在氣泡表面，使其上浮去除。

電氣浮技術一般與其它處理工藝相結合以達到更高的處理效率。李舵等采用電氣浮-微電解-生化組合工藝聯合處理農藥廢水，在實驗室條件下COD的去除率可以達到99.1%，NH3-N去除率達97.5%，并且可以長期保證處理效果穩定。出水水質符合污水綜合排放三級標準。高珊珊的電絮凝-電氣浮工藝處理微污染含藻水研究表明，對于去除微污染含藻水中的藻類，這種方法是行之有效的，并且該技術凈水效率高、靈活性高、設備簡單。未來可以應用在中小型水處理廠或者富營養化的水源處理中，可以有效提高供水的安全性和可靠性。

1.4 電滲析水處理技術

電滲析法是一種利用離子交換膜分離溶液中電解質的電化學水處理技術。整個處理裝置主要由電極、陰陽離子交換膜和特制的隔板構成。在直流電場作用下，以電位差為動力，利用離子交換膜的選擇透過性把電解質從溶液中分離出來，從而實現溶液的濃縮、淡化、精制和提純。關瑩對電滲析法深度處理農藥生產廢水進行了研究，結果表明，當電滲析反應器在對農藥生產二級處理出水進行處理時，鹽分脫除率達到95.8%，總碳去除率達到72.3%，出水水質比較好。另外，也可以將電滲析技術與電化學氧化技術相結合，與傳統電滲析工藝相比，能有效降低廢水中的有機污染物，并且能耗低、出水電導率低。

1.5 電吸附水處理技術

電吸附法的作用原理是在外加電場的作用下使水中的帶電粒子朝帶相反電荷的電極附近遷移，進而導致水中的帶電物質被吸引到電極上，通過使水中的帶電物質在電極表面被吸附來實現污水凈化目的。徐永清等研究使用電吸附工藝處理焦化廢水，結果表明，電吸附法對焦化廢水中的無機鹽離子和有機污染物處理效果比較好，并且處理效率高、周期短，具有很好的應用前景。同時，該處理技術能耗低、處理效率高，目前在對于工業廢水的處理上已經取得較好的處理效果，但對于生活污廢水的處理還有待完善，未來的研究重點應該放在提高吸附容量、提高去除效率、研究更加經濟高效的電極材料等方面。

2 電化學水處理技術的優勢

2.1 應用廣泛

電化學水處理技術主要是利用電化學和氧化還原法的原理達到去除水中污染物的目的。其不僅可以應用在污水處理中，也可以應用于部分飲用水的處理或者化工生產的某一流程。

2.2 工藝靈活

電化學水處理技術涉及方面很廣，并且氧化能力強，凈水效果比較好。可以根據處理的水質、環境、處理要求選擇合適的處理技術，以達到最高的處理效率、最低的成本，以爭取最高的經濟效益。

2.3 無二次污染

電化學水處理技術在凈化水的過程中產生的部分物質可以循環利用，另外，其產生的氧化性物質大多為游離的電子，不會產生其它有害物質，所以電化學法污染性較低，符合低排放的要求，適應當今綠色發展的需求。

2.4 操作簡單

電化學水處理技術工藝簡單，反應條件溫和，只需通入直流電源即可，不需加壓和催化就可以使反應正常進行。因此，電化學技術操作簡單、易掌握，反應過程也容易控制。

綜上所述，電化學水處理技術具有氧化能力強、操作簡單、無二次污染、工藝靈活、裝置啟動迅速、后續處理簡單、處理條件溫和以及容易實現自動化等優點，并且裝置占地面積小，可與其它方法相結合，以形成降解能力強的復合工藝。

3 電化學水處理技術的應用現狀

電化學水處理技術目前已經成為處理難生物降解、有毒、有害、高濃度、高色度和高COD有機廢水的優選技術。電化學技術在污廢水處理領域已經得到很好的發展，在處理垃圾滲濾液、高濃度印染廢水、化肥廢水等領域都有一定的研究應用。下面列舉了幾個電化學技術在水處理領域的相關研究。

3.1 電化學水處理技術處理有機廢水

李強等運用電解法處理魚粉廢水，通過單因素影響實驗和正交試驗的方法確定了4個因素對COD的影響，依次為pH、電解質投加量、電壓、電解時間。在實驗室條件下，電解法處理魚粉廢水取得了較好的有機物去除效果，具有工業應用的前景。

王世真研究電化學法處理硝基苯廢水，實驗采用活性炭為填充粒子，利用自制的電化學反應器處理硝基苯模擬廢水，結論表明，在電流為1.5A、處理時間為3h、pH為5時處理效果最佳，去除硝基苯的效率可達90%左右，可見處理效果還是相當可觀的。

3.2 電化學水處理工藝處理工業廢水

Daniel Villalobos-Lara等制作環形電絮凝反應器去除制革污水中高濃度污染物，利用鋁板作為陽極材料，通電后，陽極產生大量的金屬離子Al3+，可以自發發生反應并產生氫氧化物及聚氫氧化物。不溶性的氫氧化鋁懸浮于水中，通過絡合及靜電作用使污染物凝結，再經過沉淀池去除。

曾誠等研發了電化學和紫外線技術聯用處理化工廢水，相較于單個的電化學水處理技術及紫外線處理技術，對于化工廢水中的有機物質處理效果更好。其去除原理主要是通過電化學法將廢水中的Cl-轉化為ClO-，而ClO-離子又可以在紫外光的照射下產生強氧化性的物質，利用這些強氧化性物質將污染物氧化。

3.3 電化學水處理技術處理含重金屬離子廢水

Jiancheng Shu利用電化學法處理電解金屬錳廢水，可同時除氨氮和二價錳離子，二價錳的去除率可達到99.1%；試驗中，向廢水中投加氯離子及次氯酸根離子對廢水中的污染物進行初步氧化，在電解過程中陽極可以產生氯氣，與水反應后生成具有強氧化活性的次氯酸及次氯酸根，進一步發揮作用。此方法一定程度上驗證了電解-過濾處理高錳地下水方法的可行性。

李軍幸等關于微電解法處理地下水中鐵錳離子的文章表明，微電解法產生的羥基自由基把鐵錳離子進行氧化去除，但是該技術對鐵的去除率可達70%～80%，而錳離子的去除率僅達到40%～50%，處理效果可見一般，但是這卻為電化學水處理技術在飲用水領域的應用與發展提供了參考價值。

4 總結與展望

電化學水處理技術氧化能力強、工藝靈活、無二次污染、占地面積小，不易受外界環境干擾并且容易實現自動化，目前電化學法在污廢水處理領域已經取得了一定的研究進展和相應的工業應用，但在飲用水的處理領域還未得到一定的研究和發展，原因有其處理效果不是很穩定，并且處理時能耗及成本等問題。雖然這些方法還沒有在飲用水處理領域得到廣泛應用，但是近幾年人們對這方面的研究更加關注，使其向高效率、低能耗、低成本、更易于規模化生產的方向發展。另外，未來關于電化學處理技術的研究重點應該放在以下幾個方面。在運行過程中電極材料消耗過多，能耗高，導致水處理成本過高，這也是電化學水處理技術難以廣泛推廣應用的主要原因，所以未來的研究重點應該放在研究出新型的高催化活性并且價格低廉的電極材料上；關于電化學反應機理的研究還有欠缺，由于在電化學反應的過程中，產生的許多中間產物無法及時檢測到，所以對于電化學反應的機理還需進行更加深入的研究；另外，在處理廢水時，應該加強電化學處理技術與其它水處理技術的聯用，取長補短，靈活運用，以增加水處理的效果。

隨著電力企業的不斷發展，新型電極材料的研制，電化學反應機理的深入研究，以及與其它處理技術的聯用，電化學水處理技術一定會有更加廣闊的發展前景。