電化學(xué)氧化法處理生物難降解有機(jī)化工廢水的研究

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經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展必定會(huì)帶來環(huán)境的污染，有些產(chǎn)業(yè)如制藥業(yè)、印刷業(yè)以及其他的化工產(chǎn)業(yè)等在生產(chǎn)的過程中都會(huì)排放大量的有機(jī)廢水，雖然排放的行業(yè)類型各有不同，但是有機(jī)廢水都有其共同的特點(diǎn)如它含有的有害物質(zhì)多，難以輕易的對(duì)其進(jìn)行降解且由于其工業(yè)類型不同，其有機(jī)廢水的種類也是多種多樣，隨著有機(jī)廢水的污染越來越嚴(yán)重，人們也逐漸開始尋找處理這些有機(jī)廢水的有效的方法，電化學(xué)氧化法就是其中的一種方法。

1 電化學(xué)氧化法處理生物難降解有機(jī)化工廢水的原理

電化學(xué)氧化法是一種高級(jí)氧化方法，由于其自身的優(yōu)越性，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。它的原理主要是陽(yáng)極的高電位以及催化活性不用通過其他的輔助手段就可以直接對(duì)有機(jī)廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行降解，或者使用強(qiáng)氧化劑來對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行降解處理。可以按照氧化的原理將電化學(xué)氧化法分為直接電氧化和間接電氧化[1]。

(1)直接電氧化 直接電氧化的過程:直接電氧化主要是運(yùn)用陽(yáng)極的高電勢(shì)對(duì)有機(jī)化工廢水中的有毒有害物體進(jìn)行氧化并對(duì)其進(jìn)行降解，在直接電氧化的過程中，電極與廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行直接的電子轉(zhuǎn)換，在氧化的過程中，由于有機(jī)化工廢水的來源不同，所以其成分也不盡相同，這就會(huì)使其在氧化過程后的狀態(tài)也不一樣，有的有機(jī)化工廢水在經(jīng)過氧化可以將其中的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行徹底的氧化，使其有害的有機(jī)物變?yōu)闊o(wú)機(jī)物，但是有的廢水在氧化過程中，其中的有害物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成其他的可處理的物質(zhì)，然后對(duì)其要進(jìn)行進(jìn)一步的處理才能真正的完全處理掉其中的這些物質(zhì)，我們可以把這種方法叫做電化學(xué)轉(zhuǎn)化。但是在現(xiàn)如今，我們一般都只是將有毒有害的物質(zhì)氧化成其他的可進(jìn)行化學(xué)處理的物質(zhì)，這樣可以節(jié)約能源并縮減成本。

根據(jù)研究我們可以得知，有機(jī)物在金屬氧化物陽(yáng)極上進(jìn)行氧化并產(chǎn)生的反應(yīng)同陽(yáng)極金屬氧化物的價(jià)態(tài)以及金屬氧化物本身的類型有很大的關(guān)系。在有機(jī)物的氧化過程中會(huì)形成含氧的化合物，它的反應(yīng)與化合物的形成都與金屬氧化物MOX上形成的比之更高價(jià)的金屬氧化物MOX+1有關(guān)，對(duì)于有機(jī)物的氧化燃燒并產(chǎn)生一定量的CO2來說金屬氧化物陽(yáng)極上形成的自由基MOX[OH]對(duì)其燃燒有一定的幫助作用。

具體反應(yīng)的經(jīng)過:由于在氧析反應(yīng)的電位區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)一定量的高價(jià)態(tài)的氧化物附著在金屬氧化物的表層，因此在其陽(yáng)極上可能會(huì)存在物理吸附的活性氧以及化學(xué)吸附的活性氧，其具體的反應(yīng)有以下步驟:H2O或者OH-可以運(yùn)用陽(yáng)極的放電反應(yīng)產(chǎn)生物理吸附的活性氧:

然后再運(yùn)用其現(xiàn)有的氧化反應(yīng)使羥基自由基中的氧進(jìn)行轉(zhuǎn)移并形成高價(jià)氧化物:

如果當(dāng)前的污水中沒有有機(jī)物時(shí)，兩種不同形態(tài)的活性氧就會(huì)通過反應(yīng)形成氧氣如以下反應(yīng):

但是如果現(xiàn)有的污水中存在有機(jī)物R時(shí)，在電化學(xué)燃燒的過程中，物理吸附的活性氧對(duì)其的燃燒由很大的促進(jìn)作用，化學(xué)吸附的活性氧對(duì)有機(jī)物進(jìn)行選擇性的氧化，如以下反應(yīng):

如果陽(yáng)極表面的氧空位的濃度很高并且吸附羥基自由基的濃度達(dá)到零，并且K2比K1的反應(yīng)的速度要快，這樣有害物質(zhì)才能夠有足夠的條件進(jìn)行完全礦化反應(yīng)，上述的步驟都是純化學(xué)反應(yīng)，電極材料的不同其電氧化的過程也會(huì)不同，所以只有提高k5和k6的電流效率，并且壓制k3h和k4反應(yīng)的發(fā)生，保證電流不會(huì)大量的分解水，這樣才能保證電化學(xué)氧化法對(duì)污水的處理效果[2]。

(2)間接電氧化 間接電氧化是電極通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)的氧化劑，運(yùn)用這些氧化劑將其與污水進(jìn)行反應(yīng)使其中的有害物質(zhì)進(jìn)行降解，提高了污水處理的效率。間接電氧化主要是在陽(yáng)極產(chǎn)生一些氧化性的活性中間物質(zhì)，其中包括溶劑化電子、氧離子等等，這些活性的中間物質(zhì)可以對(duì)污水中的有害物質(zhì)進(jìn)行不可逆轉(zhuǎn)的分解，物質(zhì)中的氧化反應(yīng)速率與這些中間物質(zhì)的擴(kuò)散速率息息相關(guān)，間接氧化法的氧化過程:

陽(yáng)極的反應(yīng)公式為:H2O—2H++[O]+2e-

陰極的反應(yīng)公式為:H2O+e-—[H]+OH-

如今通過使用，間接的電氧法在對(duì)處理污水上有很好的效果，COD與BOD分別都有很大的降幅，也可有效的清除其色度以及總氮的含量[3]。

2 電化學(xué)氧化降解效率的影響因素

(1)電極 電化學(xué)的反應(yīng)依附于電極以及溶液，由于電極對(duì)于電化學(xué)的反應(yīng)有很重要的作用，所以在電極的選材上應(yīng)該更加重視，在電化學(xué)反應(yīng)過程中，電極的材質(zhì)會(huì)對(duì)氧化的過程產(chǎn)生一定的影響，不同的電極材質(zhì)會(huì)造成電氧化的不同反應(yīng)，如電化學(xué)產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象或者產(chǎn)生電轉(zhuǎn)化現(xiàn)象；同時(shí)還會(huì)對(duì)氧化的效率產(chǎn)生一定的影響。所以在氧化之前一定要選擇正確的對(duì)應(yīng)的電極。

電極反應(yīng)是以電子作為媒介與溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以電極電位越正電子越容易丟失，反之則反。所以根據(jù)這一特點(diǎn)，我們可以根據(jù)電極電位來選擇合適的電極，在污水的處理過程中，使用的電極應(yīng)該具有高析氧超電勢(shì)、催化活性等性質(zhì)，同時(shí)陽(yáng)極還應(yīng)該具有很強(qiáng)的耐腐蝕性以及很好的穩(wěn)定性，這樣能夠有效的提高氧化的效率[4]。

(2)反應(yīng)器 高效率的反應(yīng)器能有效的對(duì)污水與氧化劑進(jìn)行快速的融合，并有效的提高污水的傳質(zhì)過程，電化學(xué)氧化反應(yīng)的進(jìn)行必須依靠電解池，其結(jié)構(gòu)對(duì)于污水的處理也有很大的影響。在對(duì)污水進(jìn)行電解時(shí)，需要將有害的物質(zhì)傳質(zhì)到電極的外部，在運(yùn)用間接電氧法對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，也要使氧化劑與污水充分的融合才能進(jìn)行高效率的降解，所以，在使用電化學(xué)氧化法對(duì)污水進(jìn)行高效處理時(shí)，就必須要用到反應(yīng)器。

為了提高電解的效率，可以使陽(yáng)極的表面面積增大，使其能夠充分的進(jìn)行氧化反應(yīng)，如今的三維電極就可以使陽(yáng)極的表面面積增大，從而提高了電解的效率。

(3)電解質(zhì) 電解質(zhì)濃度的大小會(huì)影響電化學(xué)氧化降解效率，隨著電解質(zhì)濃度的降低，其電流也會(huì)相應(yīng)的減小，所以降解的速率也會(huì)降低，但是隨著電解質(zhì)濃度的不斷增大，槽電壓逐漸降低，降解的速率也會(huì)相應(yīng)的增大，但是在電解質(zhì)的濃度上還要對(duì)其進(jìn)行控制，應(yīng)為其濃度太大，不利于降解，所以還要對(duì)其進(jìn)行有效的處理，但是這樣會(huì)增加處理的花費(fèi)。同時(shí)不同類型的電解質(zhì)就會(huì)發(fā)生不同的電化學(xué)反應(yīng)[5]。

(4)其他因素 在了解電極以及反應(yīng)器和電解質(zhì)對(duì)電化學(xué)氧化降解效率的影響之后，我們對(duì)其他的影響因素也做一定的了解與分析，其他的影響因素主要包括電流的密度、污水溶液反應(yīng)時(shí)的溫度以及污水的酸堿值等等。在對(duì)一般的有機(jī)物進(jìn)行降解時(shí)，若降解的去除速率加快，降解的中間的產(chǎn)物減少時(shí)，同時(shí)電化學(xué)氧化指數(shù)下降，在這種情況之下，說明電流的密度有所增加。但是應(yīng)該將污水的反應(yīng)溫度控制在最佳的數(shù)值，這樣就可以盡量的使產(chǎn)生的自由基不會(huì)失活加劇，在此同時(shí)，高溫度可以促進(jìn)電子與有機(jī)物之間的融合與傳遞，這樣可以使反應(yīng)的速率大大增加，同時(shí)也可使有機(jī)物的降解速率增大。污水間的酸堿值對(duì)電氧化降解的速率也有一定的影響，根據(jù)其污水中的酸堿值的不同以及降解方式的差異，選擇適宜的最佳條件。

3 結(jié)語(yǔ)

電化學(xué)氧化法在我國(guó)處理難降解的有機(jī)化工污水上的應(yīng)用越來越廣泛，其在污水處理方面相比較其他的方法有很大的優(yōu)越性，能夠有效的對(duì)難降解的有機(jī)化工水進(jìn)行降解處理。但是，由于它在我國(guó)的起步較晚，所以在技術(shù)以及應(yīng)用上還存在一定的問題，所以一方面我們應(yīng)該對(duì)電化學(xué)氧化法處理污水方面進(jìn)行更加先進(jìn)的科學(xué)研究，另一方面還應(yīng)該進(jìn)一步的發(fā)展科技水平，創(chuàng)造或者研究出處理難降解有機(jī)化工污水的更好的方法，使其得到廣泛的應(yīng)用，這樣可以提高我國(guó)對(duì)化工污水處理的整體綜合水平，節(jié)約資源，使經(jīng)濟(jì)與科技的綜合水平得到更好的進(jìn)步與發(fā)展。

[1]程聰.高級(jí)氧化法處理難降解有機(jī)廢水的研究[D].武漢紡織大學(xué),2013.

[2]魏琳.工業(yè)難降解有機(jī)污染物的電化學(xué)氧化處理方法研究[D].武漢大學(xué),2011.

[3]付杰.常溫常壓電催化氧化技術(shù)處理高濃度有機(jī)廢水[D].華東師范大學(xué),2014.

[4]聶冬,金明姬,董微巍,周善英.高級(jí)氧化法在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J].延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào),2014,02:179-185.

[5]金丹萍.電化學(xué)氧化技術(shù)在污水回用中的應(yīng)用研究[D].南京航空航天大學(xué),2008.