三維電極技術(shù)處理廢水研究進(jìn)展

宋曉曉，張曉臣，任濱僑

三維電極技術(shù)處理廢水研究進(jìn)展

宋曉曉，張曉臣，任濱僑

（黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150020）

三維電極技術(shù)有效提高了傳統(tǒng)二維電極技術(shù)的電流效率和處理效果，具有儀器設(shè)備簡單、無二次污染、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于廢水處理領(lǐng)域。本文總結(jié)了三維電極技術(shù)處理廢水的研究進(jìn)展，重點(diǎn)闡述了三維電極技術(shù)處理廢水的機(jī)理及應(yīng)用研究現(xiàn)狀，提出目前存在的問題及未來三維電極技術(shù)的研究方向。

三維電極；電化學(xué)；廢水處理

電化學(xué)處理廢水技術(shù)，儀器設(shè)備操作簡單，不產(chǎn)生二次污染，適用性廣，處理效果良好，被稱為新型催化氧化技術(shù)。電化學(xué)技術(shù)一般采用二維電極系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，存在電極比表面體積較小、電流效率低、能耗高等問題，阻礙了電化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。為了解決這些問題，Backhurst［1］等提出三維電極法。三維電極在傳統(tǒng)二維電極基礎(chǔ)上，在電解槽內(nèi)添加了大量的細(xì)小的微電極，使這些微電極表面帶電成為新的一極，從而構(gòu)成了三維電極系統(tǒng)［2］。與傳統(tǒng)二維電極相比，三維電極有效地增加電極比表面積，提高了電流效率、降低了能耗。因此，近些年來，三維電極技術(shù)得到了迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。

1　三維電極技術(shù)處理廢水的機(jī)理研究進(jìn)展

近些年來，國內(nèi)外已對三維電極處理廢水的機(jī)理開展了大量研究。三維電極處理重金屬離子廢水的機(jī)理已達(dá)成共識，即金屬離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)而沉淀下來，從而達(dá)到去除效果。然而，三維電極對有機(jī)廢水降解的機(jī)理尚未統(tǒng)一認(rèn)識：一些人認(rèn)為電解產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）在降解污染物過程中發(fā)揮最主要的作用；另一些人認(rèn)為部分有機(jī)物在陽極上被直接氧化；還有一些人認(rèn)為是電解槽中的溶解氧被還原成H2O2對有機(jī)物產(chǎn)生氧化作用。這幾種認(rèn)識，都得到了實(shí)驗(yàn)證明，但是都不深入，有機(jī)物被降解過程中究竟是哪種機(jī)理占主要作用還不明確。

柴立元［3］等利用三維電極技術(shù)處理廢水中的EDTA，對EDTA降解機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在羥基自由基（·OH）的作用下，EDTA首先被降解成伯胺等中間產(chǎn)物，進(jìn)而又被礦化為CO2，H2O和NH3。

楊杰［4］等利用三維電極技術(shù)處理苯酚廢水，對苯酚降解機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，電解過程中，陽極上生成的羥基自由基（·OH）被吸附在活性炭顆粒上，同時廢液中苯酚也被吸附在活性炭顆粒上，從而形成微電池。通過微電池反應(yīng)，苯酚首先被降解成鄰苯二酚、間苯二酚、對苯二酚等中間產(chǎn)物，進(jìn)而又被礦化為CO2和H2O。同時，陽極極化曲線表明苯酚也可在陽極氧化，但羥基自由基（·OH）對苯酚的降解起主要作用。

2　三維電極技術(shù)處理廢水的應(yīng)用研究進(jìn)展

近些年來，研究人員對三維電極技術(shù)做了大量研發(fā)和改進(jìn)工作，將其應(yīng)用到廢水處理多個領(lǐng)域，取得了非常好的效果。

2.1處理重金屬離子廢水

張少峰［5］等利用三維電極法處理低濃度酸性含鉛工業(yè)模擬廢水，結(jié)果表明，以泡沫銅為陰極材料的三維電極，在電極間距為零、槽電壓4V條件下，Pb2+去除率可達(dá)85%，優(yōu)于以不銹鋼板為電極板的二維電極的34%。孫穎［6］等利用三維電極法處理含銅線路板廢水，確定了電極間距3cm，極間填充鋼珠，槽電壓10V，電解時間45min的反應(yīng)條件下，銅的去除率達(dá)到82.3%，處理線路板廢水的電費(fèi)成本為1.11元/噸。

2.2處理有機(jī)廢水

2.2.1處理苯類廢水

雷永乾［7］等利用三維電極技術(shù)降解含苯、甲苯、二甲苯的有機(jī)廢水，結(jié)果表明，在槽電壓為48 V，pH 為3.1，電解時間為30min時，苯類有機(jī)廢水的COD去除效果最好。王婧［8］等利用三維電極技術(shù)處理鄰氯苯胺廢水，結(jié)果表明，在槽電壓為15V，pH為8.0，支持電解質(zhì)濃度為0.1mol/L，電極間距為2cm，電解時間為30min時，鄰氯苯胺廢水的COD去除率達(dá)到97%。

2.2.2處理酚類廢水

夏怡［9］等采用自制三維電極反應(yīng)器氧化降解苯酚廢水，結(jié)果表明，在槽電壓為15V，電解時間為90min，pH=3，F(xiàn)e2+投加濃度為lmmol/L，對苯酚質(zhì)量濃度為300mg/L的模擬廢水的最大苯酚去除率達(dá)到91.2%。范可［10］等利用三維電極聯(lián)合電-Fenton法降解苯酚廢水，結(jié)果表明，曝氣速率20L/min，初始pH=3，電流強(qiáng)度為0.3A/m2，F(xiàn)e2+濃度為0.1mmol/L，電解時間60min時，苯酚的降解率為91%，COD去除率為64%。

2.2.3處理印染廢水

劉燕舞［11］等利用三維電極法處理印染廢水，結(jié)果表明，在槽電壓為28V，電解時間為15min，pH為3.5，曝氣量為一般強(qiáng)度時，出水CODCr濃度可從88mg/L降低到37mg/L，對應(yīng)的去除率為57.9%。李翠丹［12］等利用三維電極法脫色印染廢水，結(jié)果表明，在不曝氣，活性炭和鐵屑質(zhì)量比為2：1，槽電壓為16V，電極間距為6cm，溶液濃度為200mg/L，pH為6，降解時間為90min，脫色率可達(dá)98.7%。

2.2.4處理制藥廢水

許暢［13］等利用三維電極降解模擬制藥廢水，模擬了鹽酸利多卡、苯甲酸鈉、鹽酸環(huán)丙沙星三種制藥廢水，結(jié)果表明，這三種模擬制藥廢水降解效果良好，去除率分別為62.6%、66.1%、88.9%。鄭耿濤［14］等利用三維電極——鐵碳微電解法處理黃連素廢水，結(jié)果表明，黃連素廢水COD去除率達(dá)到72.3%，廢水生化性B/C由原水的0.018提高到0.29。

3　結(jié)語

三維電極技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。然而三維電極技術(shù)處理廢水的機(jī)理研究還不夠深入，并且單一的三維電極技術(shù)往往不能滿足成分復(fù)雜的難降解廢水的處理要求。未來三維電極技術(shù)的研究重點(diǎn)將集中在如下幾個方面：

第一，三維電極技術(shù)處理有機(jī)廢水機(jī)理研究，建立相關(guān)有機(jī)物降解的動力學(xué)方程，為進(jìn)一步改進(jìn)處理技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

第二，研制高穩(wěn)定性、催化性的電極作為三維電極主電極，提高三維電極的處理效率，降低能耗。

第三，三維電極法與其他水處理技術(shù)聯(lián)用工藝的開發(fā)，如三維電極協(xié)同電Fenton法處理印染廢水、三維電極生物膜處理裝置等。

［1］BICKURST J R，COULSON J M，GOODRIDGE F，et al.［J］.J Electrorchem Soc，1969，（116）：1600-1607.

［2］ 汪巡.三維電解法處理有機(jī)廢水的研究進(jìn)展［J］.化工新型材料，2011，11 （39）：39-41.

［3］ 柴立元，尤翔宇，舒余德，等.三維電極電化學(xué)反應(yīng)器降解有機(jī)廢水中的EDTA［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，41（4）：1240-1245.

［4］ 楊杰，尤翔宇.三維電極降解苯酚的新工藝及機(jī)理［J］.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2012，41（4）：1804-1811.

［5］ 張少峰.三維電極電解法處理含鉛廢水［J］.工業(yè)水處理，2012，（04）：110-116.

［6］ 孫穎.三維陰極電解法處理含銅廢水［J］.電鍍與精飾，2011，（12）：84-87.

［7］ 雷永乾.三維電極催化氧化苯類廢水的研究［J］.水處理技術(shù)，2013，39（12）：112-114.

［8］ 王婧.三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水的研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35（7）：86-89.

［9］ 夏怡.三維電極氧化降解苯酚廢水的試驗(yàn)研究［J］.工業(yè)水處理，2010，30 （5）：27-29.

［10］ 劉燕舞.三維電極法處理印染廢水二級出水的試驗(yàn)研究［J］.廣東化工，2014，41（279）：64-65.

［11］ 范可.三維電極/電-Fenton法降解苯酚［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，（02）：55-59.

［12］ 李翠丹.三維電極法對印染廢水脫色的實(shí)驗(yàn)研究［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2010，（08）：89-91.

［13］ 許暢.三維電極法處理難降解制藥廢水研究［D］.荊州：長江大學(xué)，2013.

［14］ 鄭耿濤.三維電極——鐵炭微電解法組合工藝處理黃連素廢水［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2011，（06）：101-105.

Research Progress of Three-dimensional Electrode in Wastewater Treatment

SONGXiao-xia,ZHANGXiao-chen,RENBin-qiao
（Institue ofAdvanced Technology,HeilongjiangAcademyofSciences,Harbin 150020,China）

Three-dimensional electrode technology improves the current efficiency and the treatment effect of traditional two-dimensional electrode technology.With the advantages of simple equipment，nosecondary pollution，energy saving,etc,it is widely used in wastewater treatmen.This paper summarizes the progress of the three-dimensionalelectrode technology fortreating wastewater.Itfocuseson the mechanism of the three-dimensional electrode technology for treating wastewater and application of the status quo.Presented current problems and future research directions dimensional electrode technology.

Three-dimensional electrode；Electrochemistry；Wastewater treatment

TQ 150

A

1674-8646（2015）06-0034-02

2015-04-22

黑龍江省院所基本應(yīng)用技術(shù)研究專項(xiàng)課題（ZNGY1404）

宋曉曉（1986-），女，黑龍江哈爾濱人，研究實(shí)習(xí)員，碩士，從事環(huán)境工程相關(guān)研究。